"Imeline Ämblikmees" on lugu tõrjutud õpilasest Peter Parkerist (Andrew Garfield), kelle vanemad hülgasid juba poisipõlves ning jätsid onu Beni (Martin Sheen) ja tädi May (Sally Field) kasvatada. Nagu teismelised ikka, üritab ka Peter aru saada, kes ta on ja kuidas on temast saanud selline inimene, nagu praegu. Peter püüab suhteid siluda oma esimese kooliarmastuse Gwen Stacyga (Emma Stone), kuid elu pole lihtne ja neid ootavad ees takistused armastuses, probleemid pühendumise ja saladustega.

Peter avastab salapärase kohvri, mis kuulus tema isale, ning hakkab oma vanemate kadumist uurima. Juhtlõngad viivad ta otse Oscorpi, tema isa endise partneri dr Curt Connorsi (Rhys Ifans) laborini. Ämblikmehe ja Connorsi alterego Sisaliku vahel tõotab puhkeda vastasseis, seega teeb Peter elumuutvaid valikuid ja kasutab oma võimeid, mis teevad temast tulevikus kangelase.