O filme é a primeira adaptação da trilogia de Stieg Larsson. Mikael Blomkvist é um jornalista de meia-idade, divorciado, que tem passado a sua vida a denunciar a corrupção do mundo dos negócios de Estocolmo na sua revista Millennium. Quando Henrik Vanger, um poderoso empresário, o convida para um trabalho de investigação, Mikael tem nas mãos material irrecusável. Mas para sua surpresa descobre que, desta vez, esse material não tem nada a ver com escândalos financeiros, mas com o desaparecimento da sobrinha do empresário, Harriet, há 36 anos atrás, num encontro de família.

Com a ajuda da sua nova e rebelde parceira, Lisbeth Salander, uma hacker de alto nível com problemas de comportamento social, irão desvendar muitos segredos da família de Henrik, até então escondidos na penumbra.