Humbert Humbert, een zevenendertigjarige leraar Franse literatuur, heeft een buitengewone neiging voor nymphet, zoals hij ze noemt, voor charmante meisjes van negen tot veertien. Een lange jeugdindruk bezorgde hem deze ondergrondse ervaring, afwendend van meer volwassen vrouwen. De actie van de bekentenisroman, geschreven door Humbert, die in de gevangenis zit, dateert van de zomer van 1947. Tien jaar eerder, terwijl hij in Parijs woonde, was hij getrouwd, maar zijn vrouw verliet hem omwille van een Russische emigrantenkolonel net voordat hij naar Amerika verhuisde. Daar nam hij deel aan verschillende onderzoeksprojecten, werd behandeld voor melancholie in sanatoria en huurde, nadat hij het volgende ziekenhuis had verlaten, een huis in Madame Charlotte Haze in New England. De minnares van Dolores heeft de twaalfjarige dochter Lau, Lolita, die herinnert aan die jeugdliefde van Humbert, waarvan het verlies zijn erotische leven zo'n vreemde richting gaf.
Humbert bekijkt de pagina's van zijn dagboek over de verlangen naar Lolita, wanneer hij plotseling ontdekt dat haar moeder haar naar een zomerkamp stuurt. Charlotte schrijft een brief aan Humbert waarin hij zijn liefde voor hem verklaart en eist dat ze haar huis verlaat als hij haar gevoelens niet deelt. Na enige aarzeling aanvaardt Humbert het voorstel 'om van huurders naar samenwonenden te gaan'. Hij trouwt met zijn moeder en vergeet geen moment zijn toekomstige stiefdochter. Niets belet hem voortaan om met haar te communiceren. Het blijkt echter dat Charlotte na de bruiloft van plan is om Lolita onmiddellijk na het kamp naar een pension te sturen en vervolgens naar Beardsley College. Humbert's plannen brokkelen af. Terwijl hij in een bosmeer zwemt, wil hij zijn vrouw verdrinken, maar kan helaas niet vernemen dat een buurman van een kunstenaar hen vanaf de heuvel gadeslaat.
Mevrouw Humbert vindt en leest het dagboek van haar man en stelt hem volledig bloot. Terwijl hij koortsachtig nadenkt hoe hij uit deze situatie kan komen, rent Charlotte in tranen en woede de weg over om brieven te sturen en onder de auto te kruipen.
Na de begrafenis van de vrouw gaat de held voor Lolita. Nadat hij kleren voor haar en slaappillen heeft bemachtigd, deelt hij het meisje mee dat haar moeder aan de vooravond van een zware operatie in het ziekenhuis ligt. Humbert heeft Lolita uit het kamp gehaald en gaat haar naar steden en hotels brengen. In de eerste geeft hij het meisje slaappillen om te genieten van haar slaap. Slaappillen werken niet. Humberts nacht van kwelling en besluiteloosheid, die Lolita niet durft aan te raken, eindigt met haar ochtendwakker en verleiding van haar stiefvader. Tot verbazing van laatstgenoemde was Lolita geen maagd, meer recentelijk 'probeerde' ze het met de zoon van het hoofd van het kamp.
Intimiteit verandert de relatie van Humbert met Lolita. Hij ontdekt dat haar moeder dood is. Sinds augustus 1947 reizen ze het hele jaar door de Verenigde Staten en veranderen ze van motels, huisjes en hotels. De held probeert het meisje om te kopen met de belofte van verschillende genoegens en dreigt met problemen als ze hem als verleider aan de politie uitlevert. Talloze bezienswaardigheden van het land zijn open voor reizigers. Tegelijkertijd treden er schandalen tussen op. Paradise bliss belooft geen stabiel geluk. In plaats van zich ergens in Mexico te verstoppen, draait Humbert naar het oosten van Amerika om het meisje naar een privégymnasium in Beardsley te sturen.
1 januari 1949 Lolita wordt veertien jaar. Ze verliest al gedeeltelijk de charme van haar nymfetisme, haar vocabulaire wordt ondraaglijk. Ze eist geld van Humbert voor de bevrediging van zijn speciale verlangens, verbergt ze zodat hij, naar hij vermoedt, nadat hij zich heeft verzameld, aan hem zal ontsnappen. In het gymnasium begint ze zich met theater bezig te houden.Terwijl ze het toneelstuk Enchanted Hunters repeteert, wordt Lolita verliefd op de auteur, de beroemde toneelschrijver Quilty, de onweerstaanbare held van de reclamesigaret Dromedary. Humbert voelt dat er iets mis is en haalt Lolita een week voor de première uit Beardsley.
In de zomer van 1949 begint hun laatste reis naar Amerika. Humbert wordt achtervolgd door vermoedens van haar verraad. Hij is bang om Lolita lange tijd alleen te laten, controleert het pistool, dat hij in de doos opbergt. Zodra hij merkt dat een kers Cadillac hen in de verte volgt. Heeft iemand een detective ingehuurd om ze bij te houden? Wat is deze kale man met wie Lolita haastig aan het praten was? Onderweg in de steden kijken ze naar de toneelstukken van Quilty en Damor Block. Hun achtervolger verandert van auto, sommige acteurs zijn te vinden in de kersen Cadillac. Lolita bedriegt Humbert, leidt hem bij de neus samen met handlangers van haar nieuwe minnaar.
In Elphinstone wordt Lolita met hoge koorts naar het ziekenhuis gebracht. Voor het eerst in twee jaar werd Humbert gescheiden van zijn geliefde. Dan wordt hij ook ziek. Als hij Lolita gaat ophalen bij het ziekenhuis blijkt dat ze de dag ervoor vertrok met haar 'oom'.
Drie en een half jaar gaan voorbij zonder Lolita. Ten eerste rijdt Humbert in de omgekeerde volgorde na zijn inventieve rivaal. In de herfst bereikt hij Beardsley. Tot volgend voorjaar behandeld in een sanatorium. Dan ontmoet hij een dertigjarige naïeve, tedere en hersenloze vriendin genaamd Rita, die Humbert redde van een keurslijf. Hij geeft een jaar les aan de Kantripe University. En tenslotte komt hij terecht in New York, waar hij op 22 september 1952 een brief van Lolita ontvangt. Ze meldt dat ze getrouwd is, dat ze een kind verwacht, dat ze geld nodig heeft om haar schulden af te betalen, aangezien haar man met haar meegaat naar Alaska, waar hem een baan wordt beloofd.
Humbert bepaalt het adres door middel van een postzegel en gaat met het geweer op pad. Hij vindt Lolita in een hut aan de rand van een klein stadje, getrouwd met een bijna dove oorlogsveteraan. Ze onthult eindelijk de naam van haar verleider: dit is de toneelschrijver Claire Quilty, een verdorven genie die erg onverschillig staat tegenover kleine kinderen. Ze dacht dat Humbert het al lang geleden had uitgezocht. Quilty reed, nadat ze haar had gestolen, naar de ranch en verzekerde dat hij in de herfst geluk zou hebben om de rol in Hollywood te proberen. Maar daar wachtte Lolita op dronkenschap, drugs, perversies en groepsorgieën, waaraan ze weigerde deel te nemen, en werd ze de straat opgegooid. Verder hard leven voor de kost, ontmoeting met een toekomstige echtgenoot ...
Humbert biedt Lolita aan om haar man onmiddellijk bij hem achter te laten, ze weigert, ze heeft nooit van hem gehouden. Humbert geeft haar en haar man vierduizend dollar - inkomen uit het huis van haar overleden moeder - en gaat op jacht naar toneelschrijver Claire Quilty.
Hij voelt een beetje spijt van Lolita. Humbert keert terug naar Ramzdel, waar hij bij Charlotte woonde, al het eigendom overdraagt op naam van Lolita, en ontdekt het adres van Quilty.
Vervolgens gaat hij naar Parkington, waar hij het voorouderlijke kasteel van zijn vijand binnendringt, en met een pistool in zijn handen een half gek gesprek met hem voert, afgewisseld met schoten, mislukte branden, missers, treffers, een gevecht tussen twee oudere en vervallen lichamen, en leest het vonnis in versvorm. Dit alles maakt het toneel van wraak belachelijk. Quilty rent weg van zijn beul, hij schiet hem neer ... De volgende gasten van Quilty verschijnen in het huis, drinken zijn wodka en letten niet op de verklaring van Humbert dat hij hun meester heeft vermoord. Op dit moment kruipt een bebloede Quilty uit op het bovenste platform, waar hij 'zwaar gehannes, vinnen klappend; maar al snel ... bevroor - nu voor altijd. " Humbert verlaat het kasteel.
'Lolita', zijn bekentenis, schrijft hij eerst in een psychiatrisch ziekenhuis waar zijn geest wordt gecontroleerd, en vervolgens in de gevangenis in afwachting van zijn proces, voordat hij sterft aan een hartaanval. Kort na Humbert sterft ook Lolita en besluit zichzelf op eerste kerstdag 1952 als een dood meisje.
