Der Film beginnt mit der Ankunft von Edie (Miller) aus ihrem wohlhabenden Zuhause in Boston in New York City. Sie trifft Andy Warhol (Pearce) und wird Teil seiner Factory-Szene, einer Gruppe von Künstlern, Musikern und Performern, die in Warhols Studio zusammenlebten und arbeiteten. Edie wird schnell zu Warhols Muse und erscheint in vielen seiner Kurzfilme und Kunstwerke.
Als Edies Stern aufsteigt, gerät sie zunehmend in die Drogenszene und ihre Beziehung zu Warhol beginnt sich zu verschlechtern. Sie beginnt auch eine Beziehung mit Billy Quinn (Christensen), einem charismatischen Musiker, doch ihre Beziehung verläuft turbulent und endet schließlich. Edies Niedergang geht weiter und sie stirbt schließlich 1971 im Alter von 28 Jahren an einer Überdosis Drogen.
Factory Girl ist eine tragische Geschichte über den Aufstieg und Fall einer jungen Frau, die sowohl schön als auch talentiert war, aber letztendlich von ihren Dämonen zerstört wurde. Der Film bietet einen Einblick in die Welt von Andy Warhol und der Factory und fängt den Geist der 1960er Jahre ein.
Der Film erhielt gemischte Kritiken von Kritikern, die Millers Leistung lobten, aber die Darstellung von Warhol und der Fabrik im Film kritisierten. Der Film war jedoch ein kommerzieller Erfolg und spielte weltweit über 12 Millionen US-Dollar ein.