Die Handlung spielt in Schweden im Jahr 2009.
Der Unternehmer Henrik Vanger bekommt jedes Jahr von einem anonymen Absender zu seinem Geburtstag mit der Post eine in einem schwarzen Bilderrahmen gefasste, gepresste Blume. Er vermutet, dass sie ihm vom Mörder seiner Großnichte Harriet, die im Sommer 1966 spurlos verschwand, geschickt wird, um ihn in den Wahnsinn zu treiben. Sie hatte ihm stets eine solche Blume zum Geburtstag geschenkt.
Henrik startet einen letzten Versuch, das Rätsel um Harriet aufzuklären. Er beauftragt den Stockholmer Enthüllungsjournalisten Mikael Blomkvist, der bei Ermittlungen gegen den kriminellen Unternehmer Wennerström auf gefälschte Dokumente hereingefallen und wegen Verleumdung zu einer Geldstrafe von 600.000 Kronen verurteilt worden war.
Blomkvist scheidet aus der Redaktion seiner Zeitschrift Millennium aus, an der er finanziell beteiligt ist, und nimmt Henriks Angebot an. Als Gegenleistung verspricht Henrik ihm neben viel Geld auch Insiderinformationen über Wennerström, damit Mikael einen zweiten Versuch starten kann, dessen Machenschaften aufzudecken.
Henriks Rechtsanwalt Frode ließ Blomkvist zuvor durch eine Detektei überprüfen, die dafür die junge Hackerin Lisbeth Salander einsetzte. Diese steht wegen ihrer von Gewalt geprägten Kindheit und wegen eines psychiatrischen Gutachtens unter Vormundschaft. Ihr neuer Vormund, Rechtsanwalt Bjurman, benutzt seine Machtposition, um Lisbeth sexuell zu missbrauchen.
Bei einem Besuch Lisbeths in seiner Wohnung vergewaltigt er sie zudem. Lisbeth hatte mit weiterem sexuellen Missbrauch, wenn auch keiner Vergewaltigung, gerechnet und deshalb eine Kamera parat gehabt, die die Tat auf Video aufzeichnete. Nachdem sie sich von der Tat erholt hat, rächt sie sich:
Unter dem Vorwand, Geld zu benötigen, besucht sie Bjurman ein weiteres Mal, überwältigt ihn mit einem Elektroschocker und fesselt ihn.