Elokuva alkaa Edien (Miller) saapuessa New Yorkiin varakkaasta Bostonin kodistaan. Hän tapaa Andy Warholin (Pearce) ja tulee osaksi hänen Factory-skeneään, ryhmää taiteilijoita, muusikoita ja esiintyjiä, jotka asuivat ja työskentelivät yhdessä Warholin studiossa. Ediestä tulee nopeasti Warholin muusa, ja hän esiintyy monissa hänen lyhytelokuvissaan ja taideteoksissaan.
Edien tähden noustessa hän osallistuu yhä enemmän huumemaailmaan ja hänen suhteensa Warholiin alkaa huonontua. Hän alkaa myös seurustella karismaattisen muusikon Billy Quinnin (Christensen) kanssa, mutta heidän suhteensa on myrskyisä ja lopulta päättyy. Edien taantuminen jatkuu ja lopulta hän kuolee huumeiden yliannostukseen vuonna 1971 28-vuotiaana.
Factory Girl on traaginen tarina nuoren naisen noususta ja kaatumisesta, joka oli sekä kaunis että lahjakas mutta lopulta demoniensa tuhoama. Elokuva tarjoaa kurkistuksen Andy Warholin ja tehtaan maailmaan ja vangitsee 1960-luvun hengen.
Elokuva sai ristiriitaisia arvosteluja kriitikoilta, jotka ylistivät Millerin suorituskykyä, mutta kritisoivat elokuvan Warholin ja tehtaan esittämistä. Elokuva oli kuitenkin kaupallinen menestys ja tuotti maailmanlaajuisesti yli 12 miljoonaa dollaria.