В начале фильма можно увидеть замок отца Лисбет, а также двух ее сестер — Камиллу и Лизу. Вследствие изнасилования сестры ее отцом, Лисбет вынуждена покинуть замок.
Проходит несколько лет. Утверждается, что Лисбет является народной мстительницей и о ней пишут в СМИ. Случайно она получает сообщение от некоего Франса Болдера.
В «Миллениуме» работает Микаэль Блумквист.
В ходе беседы с Болдером, Лисбет выясняет, что им разработана программа «Файерфол», которая позволит захватить контроль над всеми баллистическими ракетами мира. Но профессор все же осознает, что создал монстра и теперь программа находится в руках агентов АНБ, а достать ее может только Саландер. В ходе взлома сервера агентства, Лисбет скачивает и устанавливает программу на свой ноутбук.
В то время как Эд Ниман находится на секретном совещании, ему приходит сообщение о взломе сервера АНБ. Ниман направляется в Швецию, чтобы принять участие в расследовании кибератаки.
В попытке открыть программу, которую она украла, Лисбет пользуется кодовыми фразами, которые ей передал Болдер. Далее совершается теракт в ее квартире. Он организован террористами из группировки «Пауки», которые занимаются поиском «Файерфола». Похищение ноутбука с программой и подрыв квартиры было совершено ими. Появившаяся полиция обнаруживает Лисбет в ванне. Лисбет сбегает на байке, полиция следует за ней. Сотрудники СЭПО предлагают программа защиты Болдеру.
Микаэль попросил Лисбет помочь ему найти человека в маске, который причастен к краже программы и отправляет ей фотографию. После нескольких часов полета, Ниман приземляется в столице Швеции. В аэропорту его задерживают и препровождают в СЭПО. Эду говорят, что он не будет принимать участия в расследовании и отпускают.
Лисбет берет в аренду у своего приятеля хакера Чумы технику и отправляется на поиски Болдера. Ниман обыскивает жилище Саландер. Блумквиста в баре встречают сотрудники шведского агентства и просят рассказать о местонахождении Саландер, однако он отказывается это делать. Когда все сотрудники покидают помещение, он замечает того самого человека в маске. Микаэль следует за ним. Случайно он узнаёт о том, что человек в маске был одним из тех, кто встал на пути «Пауков», и поэтому был изуродован.
Ниман находит девушку Лисбет, которая работает в ночном клубе, и отправляет сообщение ей с номера Саландер. «Пауки» захватывают в плен доктора Болдера и его сына-аутиста Августа, после чего убивают всех охранников. Прибыв на место, Лисбет убивает нескольких террористов и получает ранение от яда, после чего террористы убивают Болдера и забирают с собой Августа. При помощи Саландер удается добраться до пузырька с лекарством, после она догоняет машину «Пауков» и освобождает Августа. Убегая, Саландер видит среди террористов повзрослевшую Камиллу, которая давно должна быть мертва.
Согласно данным полиции, Лисбет причастна к убийству профессора.
После того, как Лисбет привозит мальчика к себе в убежище, туда же прибывает и Микаэль. Мальчик должен быть отправлен в Сан-Франциско вместе с «Файерфолом», где проживает его мать. Август произносит длинную последовательность цифр, что является кодом доступа к программе.
«Пауки» обнаруживают и уничтожают из-за ошибки Августа убежище героев, а также похищают Августа. В шахматной фигуре, которую Лисбет подарила мальчику, есть датчик, который помогает ей отслеживать его. Юная девушка проникает в замок Саландеров, где Камилла удерживает под стражей Августа. Лисбет ловят, а сотрудников СЭПО убивает собственноручно сестра. Она рассказывает о том, что мать оставила ее с отцом, который был ей противен, и теперь собирается отомстить за это. Ниман, появляясь, убивает из снайперской винтовки агентов Камиллы, а сама она вместе с ноутбуком скрывается. Лисбет убивает ее сообщников и устремляется за сестрой. В ходе перестрелки она смертельно ранит Камиллу, после чего та сбрасывается с высоты, прихватив с собой ноутбук. Ниман, подбежав к утесу, обнаруживает ноутбук, который отформатирован и видит записку от Лисбет: «Извини, так хотел Болдер».
Случай с Лисбет Саландер, которая невиновна в совершении убийства Франса Болдера, становится предметом расследования Микаэля. Однако Блумквист удаляет весь текст статьи с расследованием. Лисбет Саландер сжигает дотла ненавистный ей замок Саландеров.
