Mikael Blomkvist (Daniel Craig), um jornalista caído em desgraça, aceita um convite para investigar, sem dar muito nas vistas, um crime por resolver, ocorrido há quarenta anos, em nome do tio da vítima, o industrial sueco Henrik Vanger (Christopher Plummer).

Entretanto, uma hacker tatuada, Lisbeth Salander (Rooney Mara), contratada para investigar Blomkvist, descobre a verdade por detrás da conspiração que levou à sua queda. Juntos pelo destino, o improvável par desvenda uma história secreta de crime e abuso sexual que se esconde por detrás do passado do industrial sueco, ao mesmo tempo que se aproximam de algo de diabólico que está à espreita para os engolir.