Seiring evolusi umat manusia, teknologi pun ikut berkembang. Para insinyur telah berhasil menciptakan robot yang disebut "Labor" untuk distribusi massal, yang digunakan masyarakat untuk berbagai tugas sehari-hari. Namun, ada penjahat yang berhasil mendapatkan Labor ini, menggunakannya untuk tujuan jahat mereka sendiri.
Untuk memerangi bentuk kejahatan baru ini, polisi di seluruh dunia mulai menggunakan "Patrol Labor" atau "Patlabor" untuk menghentikan kejahatan yang terkait dengan Labor. Petugas polisi pemula Noa Izumi direkrut ke dalam unit Patlabor khusus, mendapatkan setelan mekaniknya sendiri untuk memerangi kejahatan. Menamai mesin ini Alphonse, Izumi bekerja tanpa lelah bersama rekan-rekannya untuk menjaga peradaban tetap aman dari mereka yang akan menggunakan teknologi canggih ini untuk membahayakan orang lain.
Saat Izumi semakin terintegrasi dalam unitnya, ia juga harus belajar bagaimana menavigasi lingkungan sosial dan profesionalnya dengan anggun dan cerdas. Dia berteman dengan Asuma Shinohara yang penyendiri, sesama pilot Isao Oota, dan anggota brigade lainnya saat dia membantu mereka memerangi rencana konspirasi, pemberontakan di tempat kerja, dan makhluk gaib.