Humbert Humbert, en syvogtres år gammel lærer i fransk litteratur, har en ekstraordinær tilbøjelighed til nymphet, som han kalder dem, for charmerende piger fra ni til fjorten. Et langt barndomsindtryk gav ham denne underjordiske oplevelse, der afværkede fra mere modne kvinder. Handlingen med tilståelsesromanen, skrevet af Humbert, som er i fængsel, stammer fra sommeren 1947. Ti år tidligere, mens han boede i Paris, blev han gift, men hans kone forlod ham af hensyn til en russisk emigrant oberst lige før han flyttede til Amerika. Der deltog han i forskellige forskningsprojekter, blev behandlet for melankoli i sanatorier, og efter at have forladt det næste hospital, lejet et hus i Madame Charlotte Haze i New England. Elskerinde til Dolores har tolv år gammel datter Lau, Lolita, en påmindelse om den barndoms kærlighed til Humbert, hvis tab tabte hans erotiske liv så mærkelig retning.
Humbert tjekker siderne i hans dagbog om længsel efter Lolita, når han pludselig finder ud af, at hendes mor sender hende til en sommerlejr. Charlotte skriver et brev til Humbert, der erklærer hans kærlighed til ham og kræver at forlade sit hus, hvis han ikke deler hendes følelser. Efter nogen tøven accepterer Humbert forslaget "at skifte fra lejere til samboere." Han gifter sig med sin mor og glemmer ikke et øjeblik om sin fremtidige stedatter. Fra nu af vil intet forhindre ham i at kommunikere med hende. Det viser sig imidlertid, at Charlotte efter brylluppet agter at sende Lolita umiddelbart efter lejren til et internat og derefter til Beardsley College. Humberts planer smuldrer. Mens han svømmer i en skov sø, vil han drukne sin kone, men kan desværre ikke have lært, at en kunstnernabo ser dem fra bakken.
Fru Humbert finder og læser sin mands dagbog og afslører ham fuldstændigt. Mens han overvejende overvejer, hvordan man kommer ud af denne situation, løber Charlotte i tårer og vrede over vejen for at sende breve og kommer under bilen.
Efter konens begravelse går helten på Lolita. Efter at have fået fat i tøj til hende og sovepiller, oplyser han pigen om, at hendes mor er på hospitalet før af en alvorlig operation. Efter at have taget Lolita fra lejren, tager Humbert hende til byer og hoteller. I den første af dem giver han pigen sovepiller for at nyde hendes sove. Sovepiller fungerer ikke. Humberts natt til pine og ubeslutsomhed, som ikke tør at røre ved Lolita, slutter med sin morgenvækkelse og forførelse af sin stedfar. Til sidstens forbløffelse var Lolita ikke en jomfru; for nylig “prøvede” hun det med sønnen til lejren.
Intimitet ændrer Humberts forhold til Lolita. Han opdager, at hendes mor er død. Siden august 1947 rejser de gennem De Forenede Stater hele året og skifter moteller, hytter og hoteller. Helten forsøger at bestikke pigen med et løfte om forskellige fornøjelser og truer problemer, hvis hun udleverer ham til politiet som forfører. Talrige seværdigheder i landet åbner for rejsende. Parallelt forekommer skandaler mellem dem. Paradise bliss lover ikke stabil lykke. I stedet for at gemme sig et sted i Mexico, vender Humbert øst for Amerika for at sende pigen til et privat gymnastiksal i Beardsley.
1. januar 1949 bliver Lolita fjorten år gammel. Hun mister allerede delvist charmen ved sin nymphetisme, hendes ordforråd bliver uudholdeligt. Hun kræver penge fra Humbert for tilfredsstillelse af hans specielle ønsker, skjuler dem, så han, når han mistænker at have samlet sig, vil flygte fra ham. I gymnastiksalen begynder hun at blive involveret i teater.Mens hun øver på stykket Enchanted Hunters, forelsker Lolita sig i sin forfatter, den berømte dramatiker Quilty, den uimodståelige helt fra reklamecigaretten Dromedary. Når han følte, at der var noget galt, tager Humbert Lolita fra Beardsley en uge før premieren.
I sommeren 1949 begynder deres sidste tur til Amerika. Humbert er hjemsøgt af mistanker om hendes forræderi. Han er bange for at forlade Lolita i lang tid alene, kontrollerer pistolen, som han opbevarer i kassen. Når han bemærker en kirsebærcadillac, der følger dem i det fjerne. Lejede nogen en detektiv for at holde styr på dem? Hvad er denne skaldede herre, som Lolita snakket med? På vejen i byerne ser de skuespilene fra nogle Quilty og Damor Block. Deres forfølger skifter biler, nogle skuespillere findes i kirsebær Cadillac. Lolita narrer Humbert, leder ham ved næsen sammen med medskyldige fra sin nye elsker.
I Elphinstone føres Lolita til hospitalet med høj feber. For første gang på to år blev Humbert adskilt fra sin elskede. Så bliver han også syg. Når han skal hente Lolita fra hospitalet, viser det sig, at dagen før hun rejste sammen med sin ”onkel”.
Tre og et halvt år går uden Lolita. Først kører Humbert i modsat rækkefølge i kølvandet på sin opfindelige rival. Om efteråret når han Beardsley. Indtil næste forår, behandlet i et sanatorium. Så møder han en tredive år gammel naiv, øm og hjerneløs kæreste ved navn Rita, der reddede Humbert fra en tvangstrøje. Han underviser på Kantripe University i et år. Og endelig ender han i New York, hvor han den 22. september 1952 modtager et brev fra Lolita. Hun rapporterer, at hun er gift, at hun forventer et barn, at hun har brug for penge til at afbetale sin gæld, da hendes mand skal med hende til Alaska, hvor han bliver lovet et job.
Humbert bestemmer adressen med stempel og tager pistolen med sig og tager af sted på vejen. Han finder Lolita i en hytte i udkanten af en lille by gift med en næsten døve krigsveteran. Hun afslører endelig navnet på sin forfører: dette er dramatikeren Claire Quilty, et depravet geni, der er meget ligeglad med små børn. Hun troede, Humbert havde regnet ud for længe siden. Quilty, efter at have stjålet hende, kørte til ranchen og forsikrede, at han ville være heldig i efteråret for at prøve rollen i Hollywood. Men der ventede Lolita på beruselse, narkotika, perversioner og gruppeorgier, hvor hun nægtede at deltage og blev smidt ud på gaden. Yderligere hårdt leve for en levende, møde med en fremtidig mand ...
Humbert tilbyder Lolita at straks forlade sin mand hos ham, hun nægter, hun har aldrig elsket ham. Humbert giver hende og hendes mand fire tusind dollars - indkomst fra sin afdøde mors hus - og går på jagt efter dramatiker Claire Quilty.
Han føler lidt anger for Lolita. Humbert vender tilbage til Ramzdel, hvor han boede med Charlotte, overfører al ejendommen i navnet Lolita, finder ud af adressen til Quilty.
Derefter tager han til Parkington, hvor han trænger ind i sin fjendes forfædreslott, og med en pistol i hænderne fører en halv skør samtale med ham, skiftevis med skud, mistændinger, misser, hits, en kamp mellem to ældre og faldne kroppe, læser dommen i vers. Alt dette gør scenen med hævn venlig. Quilty løber væk fra sin bøddel, han skyder ham ... De næste gæster hos Quilty dukker op i huset, drikker sin vodka, uden at være opmærksom på udsagnet fra Humbert om, at han dræbte deres herre. På dette tidspunkt krabber en blodig Quilty ud på den øverste platform, hvor han “fiddede kraftigt og klappede finner; men snart ... frøs - nu for evigt. " Humbert forlader slottet.
”Lolita”, hans tilståelse, skriver han først på et psykiatrisk hospital, hvor hans sind kontrolleres og derefter i fængsel i afventning af retssag, før han dør af et hjerteanfald. Kort efter Humbert dør Lolita også og løser sig selv juledag 1952 som en død pige.