De wegens smaad veroordeelde onderzoeksjournalist Mikael Blomkvist (Daniel Craig) wordt gevraagd een onderzoek in te stellen naar de verdwijning van Harriet Vanger, ruim veertig jaar geleden. De opdrachtgever is de Zweedse industrieel Henrik Vanger (Christopher Plummer), de oom van het meisje. Tegelijkertijd ontdekt de getatoeëerde hacker Lisbeth Salander (Rooney Mara) het complot dat schuil gaat achter de val van Blomkvist. Het lot brengt ze samen en al snel komt het bijzondere duo erachter dat er veel meer mis is met de familie Vanger. Maar hoe dichter ze bij de waarheid komen, hoe meer hun leven in gevaar komt.