El periodista en horas bajas Mikael Blomkvist (Daniel Craig) acepta la invitación del industrial sueco Henrik Vanger (Christopher Plummer) para investigar a escondidas el asesinato de su sobrina, ocurrido cuarenta años atrás. Mientras tanto, la hacker tatuada Lisbeth Salander (Rooney Mara), contratada para investigar a Blomkvist, descubre la verdad oculta tras la conspiración que ha llevado a la caída de éste. Unidos por casualidad, el curioso dúo descubre una historia secreta de asesinato y abuso sexual escondida en el pasado industrial de Suecia, mientras se van acercando a una trama malvada que espera destruirlos a ambos.