リスベット・サランデル（ノオミ・ラパス）は、身長150cm体重40kgの子供のような小柄な体型で、全身にタトゥーやピアスを施し、誰かに媚びたり、必要以上に言葉を発したりしない。良識人なら眉をひそめる外見と態度を持つ彼女だったが、明晰な頭脳と映像記憶能力、天才的なハッキング技術を駆使し、数々の謎や疑惑を暴くことができる。そのリスベットが、社会派雑誌『ミレニアム』の発行人ミカエル（ミカエル・ニュークヴィスト）とともに、富豪ヴァンゲル家の少女失踪事件を解決して1年が経ったが、それ以来、リスベットは姿を消したままだった。『ミレニアム』では少女売春組織の実態に迫る特集号を発行しようと準備を進めていたが、担当するジャーナリストが殺害されてしまう。その現場に残されていた銃にリスベットの指紋が残されていたため、彼女は指名手配される。しかしミカエルはリスベットの無実を確信し、仲間たちと共に独自の方法で真実に迫っていく。