James Mason interpreta o professor Humbert Humbert, que aluga um quarto na casa de Charlotte (Shelley Winters), mãe de Lolita (Sue Lyon), de 15 anos. A senhora logo se apaixona pelo professor, mas ele só tem olhos para a ninfeta Lolita. Para ficar próximo da menina, Humbert chega a se casar com a mãe dela. Mas Charlotte um dia descobre sobre as intenções do marido; a história toma novo rumo, dando espaço a tragédia e a um romance entre padrasto e enteada.