Гумберт Гумберт, тридцятисемирічний викладач французької літератури, відчуває неординарну схильність до німфеткам, як він їх називає - чарівним дівчаткам від дев'яти до чотирнадцяти років. Давнє дитяче враження наділило його цим підпільним переживанням, отвращающим від більш зрілих жінок. Дія роману-сповіді, який пише знаходиться у в'язниці Гумберт, відноситься до літа 1947 г. За десять років до цього, живучи в Парижі, він був одружений, але дружина залишила його заради російського полковника-емігранта якраз напередодні його переїзду в Америку. Там він брав участь в різних дослідницьких проектах, лікувався в санаторіях від меланхолії і ось, вийшовши з чергової лікарні, зняв в Новій Англії будинок у пані Шарлотти Гейз. У господині дванадцятирічна дочка Долорес - Ло, Лоліта, нагадування про ту дитячу закоханість Гумберта, втрата якої надала його еротичної життя настільки дивний напрям.
Сторінках свого щоденника Гумберт перевіряє про нестерпне бажанні до Лолiти, як раптом дізнається, що мати відправляє її в літній табір. Шарлотта пише Гумберту лист, в якому освідчується в коханні до нього, і вимагає покинути її будинок, якщо він не поділяє її почуттів. Після деякого коливання Гумберт приймає пропозицію «перейти з мешканців у співмешканці». Він одружується на матері, ні на хвилину не забуваючи про свою майбутню пасербиці. Відтепер ніщо не завадить йому спілкуватися з нею. Однак з'ясовується, що після весілля Шарлота має намір відправити Лоліту відразу після табору в пансіонат, а потім в Бердслей Коледж. Плани Гумберта руйнуються. Під час плавання в лісовому озері він хоче втопити дружину, але не може, на свій жаль, дізнавшись, що за ними з пагорба стежить сусідка-художниця.
Пані Гумберт знаходить і прочитує щоденник чоловіка і повністю його викриває. Поки він гарячково обмірковує, як вийти з цієї ситуації, Шарлотта в сльозах і гніві біжить через дорогу відправляти листи і потрапляє під машину.
Після похорону дружини герой вирушає за Лолітою. Отримавши вдосталь одягом для неї і снодійними пігулками, він повідомляє дівчинці, що її мама в лікарні напередодні серйозної операції. Забравши Лоліту з табору, Гумберт збирається возити її по містечках і готелям. У першій з них він дає дівчинці снодійне, щоб насолодитися нею сплячою. Снодійне не діє. Ніч мук і нерішучості Гумберта, що не смеющего доторкнутися до Лоліті, закінчується її ранковим пробудженням і соблазнением вітчима. На подив останнього, Лоліта була незайманою, зовсім недавно вона «спробувала» це з сином начальниці табору.
Близькість змінює відносини Гумберта з Лолітою. Він відкриває, що її мати мертва. З серпня 1947 в протягом року вони подорожують по Сполучених Штатах, змінюють мотелі, котеджі, готелі. Герой намагається підкупити дівчинку обіцянкою різних задоволень і загрожує бідами, якщо вона видасть його поліції як спокусника. Перед мандрівниками відкриваються численні пам'ятки країни. Паралельно між ними трапляються скандали. Райське блаженство ніяк не обіцяє стабільного щастя. Замість того щоб зачаїтися де-небудь в Мексиці, Гумберт повертає на схід Америки, щоб віддати дівчинку в приватну гімназію в Бердслеї.
1 січня 1949 р Лоліті виповнюється чотирнадцять років. Вона вже частково втрачає красу своєї німфеточності, лексикон її робиться нестерпний. Вона вимагає грошей від Гумберта за задоволення його особливих бажань, ховає їх, щоб, як він підозрює, накопичивши, втекти від нього. У гімназії вона починає захоплюватися театром.Репетируючи п'єсу «Зачаровані мисливці», Лоліта закохується в її автора, знаменитого драматурга Куильти, чарівного героя реклами цигарок «Дромадер». Почувши недобре, Гумберт за тиждень до прем'єри відвозить Лоліту з Бердслея.
Улітку 1949 року починається їх остання подорож по Америці. Гумберта переслідують підозри про її зраду. Він боїться залишати Лоліту надовго одну, перевіряє пістолет, який зберігає в скриньці. Одного разу він помічає наступний за ними на віддалі вишневий «кадилак». Хтось найняв детектива стежити за ними? Що це за лисуватий пан, з яким квапливо розмовляла Лоліта? По дорозі в містечках вони дивляться п'єси якихось Куильти і Дамор-Блок. Їх переслідувач змінює автомобілі, у вишневому «кадилаку» виявляються якісь актори. Лоліта обманює Гумберта, водить його за ніс разом зі спільниками свого нового коханця.
У Ельфінстон Лоліту з високою температурою забирають до лікарні. Вперше за два роки Гумберт розлучений зі своєю коханою. Потім захворює і він сам. Коли ж він збирається забрати Лоліту з госпіталю, виявляється, що напередодні вона поїхала зі своїм «дядечком».
Три з половиною роки проходять без Лоліти. Спочатку Гумберт їде в зворотному порядку по слідах свого винахідливого суперника. Восени він досягає Бердслея. До наступної весни лікується в санаторії. Потім зустрічає тридцятирічну наївну, ніжну і безмозку подружку на ім'я Рита, що врятувала Гумберта від гамівної сорочки. Рік викладає в Кантріпском університеті. І нарешті виявляється в Нью-Йорку, де 22 вересня 1952 р отримує лист від Лоліти. Вона повідомляє, що заміжня, що чекає дитину, що їй потрібні гроші розплатитися з боргами, оскільки чоловік збирається разом з нею на Аляску, де йому обіцяна робота.
Гумберт визначає за штемпелем адресу і, прихопивши з собою пістолет, відправляється в дорогу. Він знаходить Лоліту в якійсь халупі на околиці маленького містечка заміжня за майже глухим ветераном війни. Вона нарешті відкриває ім'я свого спокусника: це драматург Клер Куильти, досить небайдужий до маленьких дітей розпусний геній. Вона думала, що Гумберт давно вже обчислив його. Куильти, вкравши її, повіз на ранчо, запевняючи, що восени повезе до Голлівуду спробувати себе у ролі. Але там Лоліту чекали пияцтво, наркотики, збочення і групові оргії, в яких вона відмовилася брати участь, і була вигнана на вулицю. Далі важкі заробітки на життя, зустріч з майбутнім чоловіком ...
Гумберт пропонує Лоліті негайно виїхати з ним від чоловіка, вона відмовляється, вона ніколи його не любила. Гумберт дає їй з чоловіком чотири тисячі доларів - дохід від будинку її покійної матері - і відправляється на полювання за драматургом Клер Куильти.
Він відчуває щось на зразок каяття перед Лолітою. Гумберт повертається в Рамздель, де жив з Шарлоттою, переводить все майно на ім'я Лоліти, дізнається адресу Куильти.
Потім він їде в Паркінгтон, де проникає в родовий замок свого ворога, і з пістолетом в руках веде з ним напівбожевільний розмова, що чергується пострілами, осічками, промахами, влученнями, боротьбою двох немолодих і напівзруйнованих тіл, читанням вироку у віршах. Все це робить сцену помсти фарсової. Куильти біжить від свого ката, той стріляє в нього ... У будинку з'являються чергові гості Куильти, п'ють його горілку, не звертаючи уваги на заяву Гумберта, що він убив їх господаря. В цей час на верхній майданчик виповзає закривавлений Куильти, там він «важко возився, ляскаючи плавниками; але незабаром ... застиг - тепер вже назавжди ». Гумберт їде з замку.
«Лоліту», свою сповідь, він пише спочатку в лікарні для психопатів, де перевіряють його розум, а потім у в'язниці в очікуванні суду, не дочекавшись якого вмирає від серцевого нападу. Незабаром після Гумберта помре і Лоліта, розв'язавшись на Різдво 1952 р мертвої дівчинкою.
