电影设定于第二部剧情发生的三年后，彼得·派克继续蜘蛛侠英雄使命时，其恋人玛莉·珍·沃森则继续她的演艺事业，昔日挚友哈利·奥斯本变成新一代绿魔，开始追杀彼得来为父报仇。电影同时首次介绍两位蜘蛛侠的新敌人：沙人和毒液：致命守护者，同时介绍蜘蛛侠的另一名恋人格温·斯黛西。
剧情：彼得·派克自从被恋人玛莉·珍·沃森发现自己的“蜘蛛侠”身份后，如今跟她交往三年而准备向她求婚。就在玛莉·珍刚在百老汇剧院初演完成后，彼得和她在中央公园里赏流星雨时，未注意到一颗小型陨石落至他们附近。
与此同时，一位刚越狱的逃犯佛林特·马可，回家见他身患绝症的女儿潘妮一面，随后继续逃亡却不慎掉进实验重地，受粒子加速器实验影响而身体发生分解，跟周围的沙子融合后变成能自由变形的“沙人”。
后来，格温的父亲兼纽约市警察队长乔治·斯黛西向彼得和梅婶汇报说，马可才是五年前抢车并枪杀班叔的真凶，而抢钱的丹尼斯·卡雷汀只是帮凶。愤怒的彼得收听警用频道追寻马可过程中，共生体偷偷爬入穿着蜘蛛侠战服的彼得身上，跟其混合后将战服变为黑色并增强彼得的实力。
然而，共生体同时黑化彼得的善良心灵，使他着装黑战服跟着抢完钱的马可至下水道。得知水是马可的弱点后，彼得打开水管将马可分解并冲走，认为他已为班叔报完仇。
玛莉·珍的演艺事业刚好一落千丈，失落的她找出院的哈利独处乃至亲吻，最后她不想背叛彼得而离开。受爱情打击的哈利因此恢复记忆，在父亲幻觉督促下继续他的复仇，以彼得的性命来威胁玛莉·珍忍痛跟他分手。在听完玛莉·珍分手是因为“爱上某人”后，彼得发现是哈利搞鬼而换上黑战服，跑到哈利的顶层公寓一决高下。
后来，他来到报社以确凿证据公开艾迪的造假行为后，总编J·乔纳·詹姆森愤怒地将艾迪开除，一切顺心让彼得认为这件黑战服是天赐。同时，马可成功克服怕水弱点，存活下来并逃出下水道。为了让玛莉·珍嫉妒，彼得将格温约至玛莉·珍如今工作的夜间俱乐部，当格温领略到彼得的企图后便离开，而彼得因为在夜店里的小争执，无意间打到玛莉·珍。
