Nous sommes en l'an 2035. Les quelques milliers d'habitants qui restent sur notre planète sont contraints de vivre sous terre. La surface du globe est devenue inhabitable à la suite d'un virus ayant décimé 99% de la population.
Dans un Japon futuriste régi par l'Internet, le major Motoko Kusunagi, une femme cyborg ultra-perfectionnée, est hantée par des interrogations ontologiques. Elle appartient, malgré elle, à une cyber-police musclée dotée de moyens quasi-illimités pour lutter contre le crime informatique.
Los Angeles 1999. Lenny Nero, flic déchu, mi-dandy, mi-gangster, s'est reconverti dans le trafic de vidéos très perfectionnées qui permettent de revivre n'importe quelle situation par procuration. Un jour, il découvre une vidéo révélant l'identité des meurtriers d'un leader noir.