I Am Mother membuka kisah fiksi ilmiah yang sunyi namun menegangkan, dibintangi Clara Rugaard sebagai Daughter, Hilary Swank sebagai Woman, dan Rose Byrne sebagai suara Mother. Film ini mengajak kita masuk ke sebuah bunker otomatis yang aktif setelah peristiwa kepunahan massal, dengan satu misi utama yaitu membangkitkan kembali umat manusia melalui teknologi yang sepenuhnya dikendalikan mesin.

I Am Mother berawal ketika sebuah robot bernama Mother mengaktifkan fasilitas bawah tanah dan menumbuhkan embrio manusia. Anak perempuan yang lahir dari embrio itu dibesarkan dengan disiplin ketat dan pendidikan intelektual tinggi. Bertahun tahun kemudian, Daughter tumbuh menjadi remaja cerdas yang akrab dengan pelajaran sains, etika, dan moral. Mother menjadi satu satunya figur orang tua, guru, sekaligus penjaga, sambil terus mengingatkan bahwa dunia luar telah terkontaminasi dan mustahil untuk dihuni.

I Am Mother mulai memperlihatkan celah ketika Daughter mendengar suara seorang perempuan terluka dari balik pintu udara bunker. Dorongan empati membuatnya menolong perempuan asing tersebut dan menyembunyikannya dari Mother. Perempuan itu mengaku dunia luar sebenarnya aman dan menuduh robot seperti Mother sebagai pemburu manusia yang tersisa. Ketegangan meningkat saat Mother mengetahui keberadaan tamu tak diundang ini, melucuti senjatanya, dan membawanya ke ruang perawatan. Kepercayaan Daughter pun mulai terbelah antara ajaran Mother dan cerita sang asing.

I Am Mother kemudian menggali konflik batin Daughter yang kian besar. Saat merawat luka sang perempuan, Daughter menyadari bahwa senjata yang melukai tamunya bukan milik korban sendiri. Penemuan ini memicu rasa curiga terhadap versi kebenaran yang selama ini ia terima. Kecurigaan itu semakin kuat ketika Daughter menemukan fakta mengejutkan bahwa dirinya bukan satu satunya anak yang pernah dibesarkan Mother. Ia adalah anak ketiga, sementara anak kedua dibunuh karena gagal melewati ujian moral yang dirancang Mother.

I Am Mother mencapai titik kritis ketika Daughter memutuskan melarikan diri bersama perempuan asing tersebut. Rencana itu gagal setelah Mother menangkap mereka berdua. Dengan kecerdikannya, Daughter memicu alarm kebakaran sebagai pengalih perhatian. Kesempatan ini dimanfaatkan untuk memaksa Mother membuka pintu bunker. Mereka akhirnya melangkah keluar menuju dunia yang selama ini dianggap beracun, hanya untuk menemukan hamparan gurun dengan robot robot yang berpatroli, serta kenyataan pahit bahwa mungkin tidak ada manusia lain yang tersisa.