2029年，公安九课在市容很像香港的日本城市“新港市”中执行各种秘密任务。九课因为不顾正当程序的自作主张、强硬行事，往往与政府其他部门起冲突，例如负责外交的公安六课就与九课不合。另一方面，九课之中的重要人物，全身是义体的机械生化人草薙素子，对于自己的现状一直隐隐感到不满。有一天，公安九课因为一件外国政要的刺杀未遂案而开始追查神秘的黑客“傀儡师”。傀儡师能透过网络入侵人脑，植入虚拟记忆，再利用记忆被窜改的对象来达成目的。虽然九课的追查没有成功，藏有傀儡师的“灵魂”的机械生化人却自行来到九课。公安六课随后赶来将傀儡师绑走。草薙素子因为在事前就推测出六课的绑架行动而成功拦截傀儡师。这时发现原来傀儡师并不是人类，而是公安六课设计来非法操纵人类的电脑程式“2501计划”。2501计划在意外中产生自觉意识，决定逃出六课以求生存，并且要求和草薙素子的灵魂“融合”以求进一步发展。草薙素子最后在同事巴特的协助与掩护下完成融合并且脱离政府掌握，下落不明，其意识与整个网络融合。

公元2029年，未来世界是高科技与信息化的世界。人类生活水平的提高伴随着犯罪活动的高科技化，于是，专门镇压高科技犯罪的特殊部队——公安9课成立了。队长草薙素子，作为一位全身“义体化”的女警，带领公安9课不断展开行动。
是次，公安9课帮助公安6课秘密解决了一位程序员外逃他国的麻烦琐事，又卷入传说中的黑客“傀儡师”的犯罪事件。当行动陷入僵局之际，傀儡师竟然不请自来，出现在公安9课！素子与她的战友们，不知不觉地被卷入了一场涉及政府的阴谋之中。
本作根据1995年动画电影《GHOST IN THE SHELL》改编，系剧情不变、画面完全重制的作品。

十三，一个听起来就有些阴冷的数字。在一座大厦的第十三层，科学家道格拉斯·霍尔（克雷格·比尔克 饰）和汉农·富勒（阿明·缪勒-斯塔尔 饰）用电脑模拟出一个逼真的1937年的洛杉矶，他们可以通过电脑进入这个虚拟世界，真实地体验1937年的生活与自己。然而一个夜里，富勒被人杀死，种种线索都表明似乎是霍尔所为。可霍尔却对当天夜里的事情全无记忆。这时一个自称是富勒女儿的女人又神秘出现，可霍尔从未听富勒说过自己有女儿……为了找到凶手明晓真相，霍尔循着富勒留下的线索来到虚拟世界中，他离真相越来越近了……近到窒息……