В 2029 году город Ниихама представляет собой высокотехнологичный мегаполис, где распространена практика замены биологических органов и конечностей на кибернетические импланты. Повсеместная интеграция с глобальными сетями создаёт новые угрозы информационной безопасности. Для противодействия киберпреступлениям, коррупции и терроризму был сформирован 9-й отдел общественной безопасности. Подразделение возглавляет майор Мотоко Кусанаги, которая ведёт расследование деятельности хакера, известного под прозвищем "Кукловод".

Деятельность Кукловода характеризуется серией инцидентов, связанных с хищением воспоминаний у жертв. Практически полностью механизированное тело преступника обеспечивает ему повышенные физические способности. В ходе расследования команда майора Кусанаги сталкивается с противодействием со стороны других государственных структур, включая Отдел 6, что осложняет операцию. Мотоко Кусанаги начинает анализировать природу собственной идентичности и границы между человеком и машиной, приходя к выводу, что центральные ответы может предоставить только сам Кукловод.