Con la desaparición de la mayor Motoko Kusanagi, se asigna a Batou de la Sección 9 para investigar una serie de horribles asesinatos, aparentemente a manos de ginoideos defectuosos o robots sexuales. Pero cuando un ginoide defectuoso le deja un mensaje críptico a Batou, comienza a cuestionar la causa de su mal funcionamiento. Rápidamente surgen sospechas de asesinato por motivos políticos y un “fantasma” ilegal, lo que lleva a Batou y su socio Togusa a una peligrosa red de conspiración.
A medida que avanza su investigación, la línea entre el hombre y la máquina continúa desdibujándose, y la realidad y la percepción se vuelven indistinguibles. Enfrentándose a enemigos extraños y peligrosos, Batou y Togusa exploran un mundo futurista lleno de máquinas y muñecos vivientes, pero completamente desprovisto de humanidad.
En lugar de adaptar directamente el material de origen como la película anterior, Ghost in The Shell 2: Innocence se basa en una idea presente en una de las tramas secundarias del manga original. Junto a la película, se publicó un libro que sirvió como precuela de Innocence llamado After the Long Goodbye.
Ghost in the Shell 2: Innocence fue nominado a la Palma de Oro en el Festival de Cine de Cannes en 2004 y, hasta el momento, es el único anime nominado a este prestigioso premio. Ganó el premio al largometraje en los 9th Animation Kobe Awards en 2004.