Den hemmelige agent Lemmy Caution ankommer til den futuristiske by Alphaville på en fjern planet langt hjemmefra. Han opdager et koldt og følelsesløst dystopisk samfund, der styres af Alpha 60, en tyrannisk supercomputer skabt af professor von Braun. Han søger efter en forsvundet agentkollega, indleder en forbudt romance og jager byens mesterarkitekt.


