Empat puluh tahun yang lalu seorang gadis dilaporkan hilang. Hingga saat ini pun polisi masih belum bisa memecahkan kasus misterius ini. Meski begitu, keluarga gadis yang hilang ini tetap tak mau menyerah dan salah satu harapan mereka sekarang adalah Mikael Blomkvist (Daniel Craig). Meski Mikael hanyalah seorang jurnalis namun pria ini dianggap orang yang paling kompeten menemukan gadis yang hilang ini.

Mikael Blomkvist sendiri direkomendasikan oleh Lisbeth Salander (Rooney Mara). Lisbeth memang sudah cukup lama mengamati Mikael dan nama ini yang muncul saat ia diminta mencari orang yang cukup kompeten menangani kasus ini. Henrik Vanger (Christopher Plummer) ingin usahanya kali ini berhasil. Ia ingin Mikael menemukan Harriet Vanger (Alexandra Daddario) yang hilang saat ia masih kecil.

Semula, kasus yang ditangani Mikael Blomkvist ini terlihat sederhana namun seiring waktu masalah ini jadi semakin rumit. Keluarga Vanger ternyata menyimpan banyak misteri. Meski sudah dibantu oleh Lisbeth namun tetap saja penyelidikan ini tak mudah dilakukan. Ada bagian kelam dalam keluarga Vanger yang sepertinya tak bisa begitu saja diungkap.