Nous sommes en 2031. Cela fait 2 ans que Motoko Kusanagi a quitté la Section 9. Togusa est maintenant le nouveau leader d'une équipe dont le nombre a considérablement été revu à la hausse. Cette nouvelle Section 9 affronte à présent une série d'évènements complexes et leur enquête révèle l'implication d'un hacker de classe archi-mage, surnommé le Marionnettiste, à la source de tous les incidents. Tandis que Batô mène l'enquête de son côté, il rencontre Kusanagi. Elle repart en lui disant de se tenir à l'écart du Solid State. Un doute envahit Batô. Kusanagi pourrait-elle être le Marionnettiste ?

Japon. 2034. Des terroristes surnommés « Les onze individuels » prennent les employés de l’ambassade de Chine en otage pour réclamer la fermeture des quartiers des réfugiés chinois. Le premier ministre refusant que l’affaire s’ébruite, la Section 9 est appelée pour intervenir. D’autres actes terroristes sont commis sous ce nom énigmatique. Mais il semble bien que c’est un nouveau « Stand Alone Complex » auquel Motoko et son équipe ont à faire, c'est-à-dire un phénomène faisant que des individus qui ne se connaissent pas œuvrent dans un but commun. L’équipe est à son (cyber) corps défendant chaperonnée par Kazundo Gôda, un homme d’influence dont le visage à moitié défigurée inspire la terreur. Quelles sont les réelles motivations de cet énigmatique individu qui sous couvert de solutionner une situation de crise semble la tirer volontairement vers le chaos général ?...

Un certain Melvin, alchimiste maîtrisant l’eau, s’échappe de la prison de Central City. Ed et Al partent à sa recherche à Table City où une chimère loup les accueille. Ils font également la connaissance de la très jeune Julia, originaire de Milos, qui souhaite retrouver les assassins de son père…

Ce film est une version alternative de la série télévisée ; il est composé des deux OVA de 2007, éditées pour améliorer le rythme de l'intrigue, et d'un segment supplémentaire ressemblant à un épisode télévisé où les acteurs sont chargés d'étudier les fleurs. L'intrigue présente plusieurs différences avec la série télévisée. L'accent est plus marqué sur les événements d'il y a 12 000 ans, en particulier la mort d'Apollonios et l'implication de la précédente incarnation de Reika.