Harriet Vanger (Moa Garpendal) desapareceu há 36 anos, sem deixar pistas, na ilha de Hedeby. O local é de propriedade quase exclusiva da família Vanger, que o torna inacessível para a grande maioria das pessoas. A polícia jamais conseguiu descobrir o que aconteceu com a jovem, que tinha 16 anos na época do sumiço.
Mesmo após tanto tempo, seu tio ainda está à procura dela e resolve contratar Mikael Bomkvist (Daniel Craig), um jornalista investigativo que trabalha na revista Millennium. Ele aceita o trabalho, e pede ajuda à Lisbeth Salander (Rooney Mara), uma hacker incontrolável e anti social.