부패 재벌을 폭로하는 기사를 쓰고 소송에 시달리던 신념 강한 기자 ‘미카엘(다니엘 크레이그)’. 곤경에 빠진 그에게 또다른 재벌 ‘헨리크’가 40년 전 사라진 손녀 ‘하리에트’의 사건을 조사해 달라며 손길을 내민다. 거부할 수 없는 거래에 응한 미카엘은 방대한 조사에 착수하기 위해 조수를 요청하고, 용 문신을 한 범상치 않은 외모의 천재 해커 ‘리스베트(루니 마라)’를 만나게 된다.
미카엘의 본능적인 집요함과 리스베트의 천재적인 해킹 능력으로 미궁에 빠졌던 단서의 퍼즐 조각을 하나씩 맞춰나가는 두 사람. 하지만 진실에 가까워질수록 예상치 못했던 곳에서 역사상 가장 잔혹한 악의 실체가 드러나게 되는데…
