Хумберт Хумберт, тридесет седмогодишњи учитељ француске књижевности, има изузетну склоност нимфети, како их назива, шармантним девојкама од девет до четрнаест година. Дуго утисак из детињства обдарио га је тим подземним искуством, склоним од зрелијих жена. Радња романа о исповести коју је написао Хумберт, који је у затвору, датира од лета 1947. Десет година раније, док је живео у Паризу, био је ожењен, али супруга га је напустила због руског пуковника емигранта, пре него што се преселио у Америку. Тамо је учествовао у различитим истраживачким пројектима, лечен је од меланхолије у санаторијумима и, напустивши следећу болницу, унајмио је кућу у Мадаме Цхарлотте Хазе у Новој Енглеској. Љубавница Долорес има дванаестогодишњу ћерку Лау, Лолиту, подсећање на љубав према Хумберту из детињства, чији је губитак еротски живот дао тако чудан смер.
Хумберт прегледава странице свог дневника о чежњи за пожудом за Лолитом, кад изненада сазна да је мајка шаље у летњи камп. Цхарлотте пише писмо Хумберту у којем се изјашњава о својој љубави према њему и захтијева да напусти њену кућу ако не дијели њена осјећаја. Након одређеног оклевања, Хумберт прихвата предлог "да пређе са станара у суживотнике". Ожени се мајком, ни на тренутак не заборављајући на своју будућу пасторку. Од сада га ништа неће спречити да комуницира с њом. Међутим, испоставило се да након венчања Цхарлотте намерава да Лолиту пошаље одмах након кампа у пансион, а потом на колеџ Беардслеи. Хумбертови планови се руше. Док плива у шумском језеру, жели да утопи своју жену, али не може, нажалост, сазнавши да их комшија уметник посматра са брда.
Госпођа Хумберт проналази и чита дневник свог супруга и у потпуности га излаже. Док грозничаво размишља о изласку из ове ситуације, Цхарлотте у сузама и гневу претрчава цесту да пошаље писма и уђе испод аутомобила.
Након женине сахране, херој одлази за Лолиту. Након што је набавио одећу и таблете за спавање, обавештава девојчицу да јој је мајка у болници уочи озбиљне операције. Након што је Лолиту одвела из кампа, Хумберт ће је одвести у градове и хотеле. У првом од њих даје девојци таблете за спавање да ужива у сну. Таблете за спавање не делују. Хумбертова ноћ муке и неодлучности, која се не усуђује да дотакне Лолиту, завршава се јутарњим буђењем и завођењем очуха. На њено чуђење, Лолита није била девица; недавно је то "пробала" са сином шефа логора.
Интимност мења Хумбертов однос са Лолитом. Открива да јој је мајка мртва. Од августа 1947. Током целе године путују по Сједињеним Државама, мењајући мотели, викендице и хотеле. Јунак покушава да подмири девојку са обећањима за разна задовољства и прети мукама ако га изручи полицији као заводника. Бројне знаменитости земље отварају се пред путницима. Паралелно између њих догађају се скандали. Рајско блаженство не обећава стабилну срећу. Уместо да се сакрије негде у Мексику, Хумберт се окреће источно од Америке да би девојчицу послао у приватну гимназију у Беардслију.
1. јануара 1949. Лолита навршава четрнаест година. Она већ делимично губи чар свог нимфетизма, њен речник постаје неподношљив. Она тражи новац од Хумберта за задовољење његових посебних жеља, сакрива их тако да ће, како се сумња, накупивши, побјећи од њега. У гимназији се почиње бавити позориштем.Док је увежбавала представу Зачарани ловци, Лолита се заљубљује у свог аутора, чувеног драматичара Куилти, неодољивог јунака рекламне цигарете Дромедари. Осјетивши да нешто није у реду, Хумберт води седмицу пред премијеру Лолиту из Беардслеиа.
У лето 1949. започиње последње путовање у Америку. Хумберта прогањају сумње у њену издају. Он се плаши да остави Лолиту дуже време сам, проверава пиштољ који чува у кутији. Једном примети вишњу Цадиллаца која их прати у даљини. Да ли је неко унајмио детектива да их прати? Шта је овај ћелав господин с којим је Лолита журно разговарала? На путу у градовима гледају представе неких Куилти-а и Дамор Блоцка. Њихов прогонитељ мења аутомобиле, а неки глумци се налазе у Цадиллац-у трешње. Лолита вара Хумберта, води га по носу заједно са саучесницима свог новог љубавника.
У Елпхинстонеу, Лолита је одведена у болницу са високом температуром. Хумберт се први пут након две године раздвојио од своје вољене. Тада се и он разболи. Кад ће покупити Лолиту из болнице, испоставило се да је дан раније отишао са својим ујаком.
Три и по године прођу без Лолите. Прво, Хумберт јаше обрнутим редоследом ради свог инвентивног ривала. У јесен стиже до Беардслеија. До следећег пролећа лечен у санаторијуму. Тада сусреће тридесетогодишњу наивну, њежну и неумољиву дјевојку по имену Рита, која је спасила Хумберта из карата. На Универзитету Кантрипе предаје годину дана. И на крају завршава у Њујорку, где 22. септембра 1952. године добија писмо од Лолите. Извештава да је удата, да очекује дете, да јој треба новац за отплату дугова, јер њен супруг иде с њом на Аљаску, где му је обећан посао.
Хумберт одређује адресу печатом и, узевши пиштољ са собом, креће на пут. Налази Лолиту у колиби на периферији малог града ожењеног готово глувим ратним ветераном. Коначно открива име своје заводнице: ово је драматичарка Цлаире Куилти, разочарани гениј који је према малој деци врло равнодушан. Мислила је да је Хумберт то већ одавно смислио. Куилти је, након што ју је украо, одвезао на ранч, увјеравајући да ће јесен имати среће да се опроба у улози у Холивуду. Али ту је Лолиту чекало пијанство, дрога, перверзије и групне оргије у којима је одбила да учествује, па је избачена на улицу. Даљњи тешки живот за живот, сусрет са будућим мужем ...
Хумберт нуди Лолити да одмах остави мужа с њим, она то одбије, никад га није вољела. Хумберт даје њој и супругу четири хиљаде долара - приход од куће њене покојне мајке - и одлази у лов на драматичарку Цлаире Куилти.
Осећа мало кајања због Лолите. Хумберт се враћа у Рамздел, где је живео са Цхарлотте, преноси сву имовину на име Лолита, сазнаје адресу Куилти.
Затим одлази у Паркингтон, где продире у замак свог непријатеља и с пиштољем у рукама води полудјели разговор, наизменично са пуцњама, промашајима, промашајима, погоцима, свађу два старија и настрадала тела, читајући пресуду у стиху. Све то чини сцену освете фарсичном. Куилти бежи од свог џелата, пуца га у њега ... Следећи гости Куилти појављују се у кући, пију његову вотку, не обраћајући пажњу на изјаву Хумберта да је убио њиховог господара. У то време, окрвављени Куилти извуче се на горњу платформу, где је „снажно лупкао перајама; али ускоро ... смрзнуто - сада заувек. " Хумберт напушта дворац.
„Лолита“, његово признање, пише прво у психијатријску болницу где се прегледа његов ум, а затим у затвору чекајући суђење, пре него што је умро од срчаног удара. Убрзо након Хумберта, Лолита такође умире, решавајући се на Божић 1952. године као мртва девојка.