Humbert Humbert, trideset sedmogodišnji učitelj francuske književnosti, ima izvanrednu sklonost nimfeti, kako ih naziva, šarmantnim djevojkama od devet do četrnaest godina. Dugo dječje dojam obdario ga je tajnim iskustvom, sklonim od zrelijih žena. Radnja romana o ispovijedi koju je napisao Humbert, koji je u zatvoru, datira od ljeta 1947. Deset godina ranije, dok je živio u Parizu, bio je oženjen, ali supruga ga je napustila zbog ruskog pukovnika emigranta, neposredno prije nego što se preselio u Ameriku. Tamo je sudjelovao u raznim istraživačkim projektima, liječio se od melankolije u sanatorijumima i, napustivši sljedeću bolnicu, unajmio je kuću u Madame Charlotte Haze u Novoj Engleskoj. Ljubavnica Dolores ima dvanaestogodišnju kćerkicu Lau, Lolitu, podsjetnik na onu dječju ljubav prema Humbertu, gubitak koji je njegovom erotskom životu dao tako neobičan smjer.
Humbert pregledava stranice svog dnevnika o čežnji za požudom za Lolitom, kad iznenada sazna da je majka šalje u ljetni kamp. Charlotte piše pismo Humbertu u kojem izjavljuje svoju ljubav prema njemu i zahtijeva da napusti njezinu kuću ako ne dijeli njezine osjećaje. Nakon izvjesnog oklijevanja, Humbert prihvaća prijedlog "preći iz stanara u suživotnike". Oženi se majkom, ni na trenutak ne zaboravljajući na svoju buduću pastorku. Odsada ga ništa neće spriječiti da s njom komunicira. No, ispostavilo se da nakon vjenčanja Charlotte namjerava poslati Lolitu odmah nakon logora u pansion, a potom na koledž Beardsley. Humbertovi planovi se ruše. Dok pliva u šumskom jezeru, želi utopiti svoju ženu, ali ne može, nažalost, saznavši da ih komšija umjetnik promatra s brda.
Gospođa Humbert pronalazi i čita dnevnik svog supruga i potpuno ga izlaže. Dok grozničavo razmišlja o tome kako se izvući iz ove situacije, Charlotte u suzama i bijesu potrči preko ceste da pošalje pisma i uđe ispod automobila.
Nakon ženine sahrane, heroj odlazi za Lolitu. Nakon što je nabavio odjeću i tablete za spavanje, obavještava djevojku da je njezina majka u bolnici uoči ozbiljne operacije. Nakon što je Lolitu odvela iz logora, Humbert će je odvesti u gradove i hotele. U prvom od njih daje djevojci tablete za spavanje kako bi uživao u snu. Tablete za spavanje ne djeluju. Humbertova noć muke i neodlučnosti, koja se ne usuđuje dotaknuti Lolitu, završava jutarnjim buđenjem i zavođenjem očuha. Na čuđenje ove potonje, Lolita nije bila djevica, no nedavno je "probala" to i sa sinom šefa logora.
Intimnost mijenja Humbertov odnos s Lolitom. Otkriva da joj je majka mrtva. Od kolovoza 1947. godine tijekom cijele godine putuju po Sjedinjenim Državama, mijenjajući moteli, vikendice i hotele. Junak pokušava podmititi djevojku s obećanjima za razna zadovoljstva i prijeti mukama ako ga izruči policiji kao zavodnika. Pred putnicima se otvaraju brojne znamenitosti zemlje. Paralelno između njih događaju se skandali. Rajsko blaženstvo ne obećava stabilnu sreću. Umjesto da se sakrije negdje u Meksiku, Humbert se okreće istočno od Amerike kako bi djevojčicu poslao u privatnu gimnaziju u Beardsleyu.
1. siječnja 1949. Lolita navršava četrnaest godina. Ona već djelomično gubi čar svog nimfetizma, njezin vokabular postaje nepodnošljiv. Ona traži novac od Humberta za zadovoljenje njegovih posebnih želja, skriva ih kako bi, kako se sumnja, nakupio, pobjegao od njega. U gimnaziji se počinje baviti kazalištem.Dok je uvježbavala predstavu Začarani lovci, Lolita se zaljubljuje u svog autora, poznatog dramatičara Quilty, neodoljivog junaka reklamne cigarete Dromedary. Osjetivši da nešto nije u redu, Humbert tjedan dana prije premijere vodi Lolitu iz Beardsleya.
U ljeto 1949. započinje njihovo posljednje putovanje u Ameriku. Humberta progone sumnje u njezinu izdaju. Boji se dugo vremena ostaviti Lolitu na miru, provjerava pištolj, koji sprema u kutiju. Jednom primijeti višnju Cadillaca koja ih slijedi u daljini. Je li netko unajmio detektiva da ih prati? Što je ovaj ćelav gospodin s kojim je Lolita žurno razgovarala? Na putu u gradovima gledaju predstave nekih Quiltya i Damor Blocka. Njihov progonitelj mijenja automobile, a neki glumci se nalaze u Cadillac-u trešnje. Lolita vara Humberta, vodi ga po nosu zajedno sa saučesnicima svog novog ljubavnika.
U Elphinstoneu Lolita je odvedena u bolnicu s visokom groznicom. Humbert se prvi put nakon dvije godine odvojio od svoje voljene. Tada se i on razboli. Kad će pokupiti Lolitu iz bolnice, ispada da je dan prije otišao sa svojim "ujakom".
Tri i pol godine prođu bez Lolite. Prvo, Humbert jaše obrnutim redoslijedom, u svjetlu svog pronalazačkog suparnika. U jesen stiže do Beardsleyja. Do idućeg proljeća liječen u sanatorijumu. Tada susreće tridesetogodišnju naivnu, nježnu i bez mozga djevojku po imenu Rita, koja je spasila Humberta iz tijesne jakne. Predaje na Sveučilištu Cantrip. I konačno završava u New Yorku, gdje 22. rujna 1952. godine od Lolite prima pismo. Izvješćuje da je udana, da očekuje dijete, da joj treba novac za otplatu dugova, jer suprug ide s njom na Aljasku, gdje mu je obećan posao.
Humbert određuje adresu pečatom i, uzevši pištolj sa sobom, kreće na put. Nalazi Lolitu u kolibi na periferiji malog grada oženjenog gotovo gluhim ratnim veteranom. Konačno otkriva ime svoje zavodnice: ovo je dramatičarka Claire Quilty, razočarani genij koji nije ravnodušan prema maloj djeci. Mislila je da je Humbert to već davno smislio. Quilty je, nakon što ju je ukrao, odvezao na ranč, uvjeravajući da će jeseni imati sreću u Hollywoodu da se oproba u ulozi. Ali tamo je Lolitu čekalo pijanstvo, droga, perverzije i grupne orgije, u kojima je odbila sudjelovati, pa je izbačena na ulicu. Dalje teško živjeti za život, sastanak sa budućim mužem ...
Humbert nudi Loliti da odmah ostavi muža s njim, ona to odbije, nikad ga nije voljela. Humbert daje njoj i suprugu četiri tisuće dolara - prihod od kuće svoje pokojne majke - i odlazi u lov na dramaturginju Claire Quilty.
Osjeća se pomalo kajanje zbog Lolite. Humbert se vraća u Ramzdel, gdje je živio sa Charlotte, prenosi svu imovinu na ime Lolita, saznaje adresu Quilty.
Zatim odlazi u Parkington, gdje prodire u dvorac predaka svog neprijatelja i s pištoljem u rukama vodi polu-ludi razgovor s njim, izmjenjujući se hicima, pogreškama, promašajima, pogocima, svađom dvoje starih i napuklih tijela, čitajući presudu u stihu. Sve to čini scenu osvete farsičnom. Quilty bježi od svog dželata, puca ga u njega ... Sljedeći gosti Quilty pojavljuju se u kući, piju njegovu votku, ne obazirući se na Humbertovu izjavu da je ubio njihovog gospodara. U to se vrijeme krvavi Quilty izvuče na gornju platformu, gdje je "snažno lupkao perajama; ali uskoro ... smrznuo se - sada zauvijek. " Humbert napušta dvorac.
"Lolita", svoje priznanje, piše najprije u psihijatrijskoj bolnici gdje se provjerava njegov um, a zatim u zatvoru čekajući suđenje, prije nego što je umro od srčanog udara. Ubrzo nakon Humberta, Lolita također umire, riješivši se na Božić 1952. godine kao mrtva djevojka.
