Bối cảnh "Gunslinger Girl" là nước Ý cuối thế kỉ 20 với những thành phố Rome, Napoli, Venice tráng lệ đẹp đẽ. Trong các thành phố ấy luôn có các băng nhóm khủng bố, tội phạm và Mafia quấy phá sự yên bình của xã hội. Một tổ chức chính phủ đã được thành lập và duy trì, nhằm mục đích tiêu diệt, ngăn cản những kẻ tội phạm nguy hiểm. Tổ chức đặc biệt này núp bóng dưới danh nghĩa tổ chức phúc lợi xã hội, nhận cứu giúp những bé gái mồ côi bất hạnh hoặc bị tàn tật, thực chất là biến chúng thành sát thủ nửa người nửa máy bằng cách phẫu thuật. Sau khi bị tẩy não, biến đổi cơ thể, thay đổi tên họ, những đứa trẻ này đều sở hữu sức mạnh phi thường cùng với tuổi thọ ngắn ngủi. Mỗi cô bé đều có một người đàn ông làm giám hộ, các giám hộ đều dạy dỗ, quản lý sát thủ của mình theo cách riêng, có người dùng tình yêu thương, có người dùng sự khắc nghiệt. Tuy nhiên, bất chấp cách đối xử của người giám hộ như thế nào, mọi cô bé đều được lập trình phải trung thành với họ đến cùng. Mối quan hệ giữa giám hộ và sát thủ trẻ em được gọi là "Fratello" (anh em).

Nội dung truyện có thể chia làm hai phần. Phần đầu kể về năm cô bé sát thủ thế hệ đầu tiên: Henrietta, Triela, Rico, Claes, Angelica. Sau này, tổ chức đào tạo sát thủ quyết định tạo ra các thành viên mới, được coi là thế hệ sát thủ nửa người nửa máy thứ hai. Sang phần hai (từ tập 6 trở đi), nét vẽ của tác giả đã thay đổi đáng kể, cốt truyện vẫn chú trọng vào các cô bé ở thế hệ đầu, cộng thêm một cặp Fratello mới thuộc thế hệ sát thủ thứ hai. Sát thủ thế hệ hai đầu tiên là Petra (Petruska), một vũ công ballet người Nga 16 tuổi bị nhiễm phóng xạ do sự kiện Chernobyl, sau khi tự sát đã được phẫu thuật chỉnh hình và cấy ghép các bộ phận máy móc. Sau Petruska, nhiều sát thủ mới cũng lần lượt ra đời, nhưng đóng vai trò rất mờ nhạt đối với diễn biến truyện.

Các cuộc đấu đá giữa chính phủ Ý và các băng nhóm tội phạm ngày càng gay cấn, đỉnh điểm là cuộc vây bắt trùm mafia kiêm kẻ khủng bố Giacomo. Sau khi tiêu diệt được Giacomo và vây cánh của hắn, tổ chức đào tạo sát thủ trẻ em chính thức bị giải thể. Hầu hết các cô bé sát thủ đều hi sinh trong trận chiến cuối cùng, chỉ còn một số người sống lay lắt thêm vài năm rồi chết do tuổi thọ ngắn ngủi của họ.