No ano de 2029, a cidade de Niihama tornou-se uma metrópole tecnologicamente avançada. Graças a grandes avanços na cibernética, seus cidadãos podem substituir membros de seus corpos por partes robóticas. O mundo está mais interconectado do que nunca, e a Seção 9 de Segurança Pública da cidade é responsável por combater a corrupção, o terrorismo e outras ameaças perigosas decorrentes dessa globalização. A determinada Major Motoko Kusanagi, da Seção 9, lidera a investigação de um caso envolvendo um hacker misterioso conhecido apenas como "Puppet Master" (Mestre das Marionetes), que deixa um rastro de vítimas despojadas de suas memórias. Assim como muitos neste mundo futurista, o corpo do Puppet Master é quase inteiramente robótico, conferindo-lhe um poder incrível. Enquanto Motoko e seus subordinados seguem o rastro do enigmático criminoso, outras partes — incluindo a Seção 6 — começam a se envolver, forçando-a a confrontar a natureza extremamente complexa do caso. Refletindo sobre questões filosóficas diversas, como o sentido de sua própria vida, Motoko logo percebe que quem lhe dará essas respostas não é outro senão o próprio Puppet Master.