在与灭霸史诗般的战争结束后，地球似乎暂时回归和平。皮特（汤姆·赫兰德 饰）回到了校园生活之中，他和好友相谈甚欢，并且有了心仪的女孩，然而内心最深处依然放不下对钢铁侠的追悼缅怀。去往欧洲游学的路上，皮特试图找机会和个性女孩米歇尔（赞达亚 饰）表白，谁知接连出现的元素怪兽打乱了他的表白计划。在这一过程中，与神盾局合作的神秘客（杰克·吉伦哈尔 饰）挺身而出，击退怪兽。自感不堪大任的皮特谢绝了尼克·弗瑞（塞缪尔·杰克逊 饰），情愿将钢铁侠继承者的重任交到神秘客手中。
令他意想不到的是，更可怕的危机接二连三袭来……

大战绿魔之后，蜘蛛侠彼得·帕克忍痛拒绝了他唯一的挚爱玛丽，因为蜘蛛侠的身份会为自己和亲人带来巨大危险，帕克决定独立承担起蜘蛛侠的责任。帕克一直在忙于应付各种挑战：学习超能力的灵活运用；在超级英雄与平凡大学生的双重身份下隐藏自我、小心翼翼地生活等等。帕克对玛丽越来越难以自拔，但是作为蜘蛛侠又不能对玛丽展开心扉。好友哈利因为误会蜘蛛侠而一直处处与其为作对；唯一的亲人梅婶婶也对蜘蛛侠的真实身份产生了怀疑。同时，新的挑战又出现了：邪恶而强大的章鱼博士。帕克在种种压力下肩负起蜘蛛侠的使命。

蜘蛛侠（托比•马奎尔 Tobey Maguire 饰）在经历了重重考验之后，成为了人人敬仰的正义英雄，抱得美人归。但是，光环下蜘蛛侠，也有自己的心病：他在第一集时放走了小偷导致最亲爱的叔叔被小偷杀死，帕克一直耿耿于怀。
生活顺意的帕克开始变得目中无人，当他再次抓到那个小偷时，残忍地看着他从楼上摔下致死，过后才发现自己惩罚错了人，真凶是“沙人”。当帕克将“沙人”残忍杀死后，帕克心内的阴暗面渐渐在帕克的身体内占据了上风，蜘蛛侠最终演变成邪恶的“毒蜘蛛”！糟糕的是，帕克没有察觉到自身的变化，帕克最终如何摆脱自身的邪恶？

彼得帕克（托比•马奎尔 Tobey Maguire 饰）是美国一个平凡的高中生，当他被哥伦比亚大学科学展会偷跑出来的变种蜘蛛咬了一口之后，生活彻底改变了。他变得和蜘蛛一样，拥有各种蜘蛛特有的超能力：从手腕喷出粘力极强的蜘蛛丝、飞檐走壁等等。
彼得兴奋异常，为引起玛丽简的注意，开始利用自己的超能力去赚钱。但当他最爱的叔叔被自己放走的罪犯杀死后，彼得发誓要用自己的超能力去打击犯罪。
彼得视其为兄弟的朋友哈利奥斯本的父亲诺曼奥斯本（威廉•达福 Willem Dafoe 饰）因彼得的科学天赋而非常喜爱他，视其为家人，以至于引起哈利的嫉妒。同时，哈利和玛丽简恋爱，令彼得心中很不痛快。
诺曼是美国最大军事承包商之一的CEO，因公司的超级士兵计划进度达不到军方要求，被以撤走投资作为威胁而苦恼不堪，决定以自己作为实验对象，他吸入血清后具有了超能力，却不幸出现意外，出现十分邪恶的第二人格绿哥布林，哥布林驾驶着滑翔机在纽约城内杀人搞破坏，试图招募蜘蛛侠。
面对身边的误解、威胁和诱惑，彼得会怎么样行事呢？

米娅（艾玛·斯通 Emma Stone 饰）渴望成为一名演员，但至今她仍旧只是片场咖啡厅里的一名平凡的咖啡师，尽管不停的参加着大大小小的试镜，但米娅收获的只有失败。某日，在一场派对之中，米娅邂逅了名为塞巴斯汀（瑞恩·高斯林 Ryan Gosling 饰）的男子，起初两人之间产生了小小的矛盾，但很快，米娅便被塞巴斯汀身上闪耀的才华以及他对爵士乐的纯粹追求所吸引，最终两人走到了一起。
在塞巴斯汀的鼓励下，米娅辞掉了咖啡厅的工作，专心为自己写起了剧本，与此同时，塞巴斯汀为了获得一份稳定的收入，加入了一支流行爵士乐队，开始演奏自己并不喜欢的现代爵士乐，没想到一炮而红。随着时间的推移，努力追求梦想的两人，彼此之间的距离却越来越远，在理想和感情之间，他们必须做出选择。