Der Journalist Mikael Blomkvist hat in der Zeitschrift Millennium einen Bericht veröffentlicht, in dem er den schwedischen Wirtschaftsmogul Wennerström schwerer Wirtschaftsvergehen beschuldigt. Wennerström zeigt Blomkvist wegen Verleumdung an und erreicht, dass der Journalist, der die Fakten anscheinend nicht sorgfältig genug recherchiert hat, zu einer Haftstrafe verurteilt wird. Blomkvist zieht sich bis zum Haftantritt aus der Redaktion der Zeitschrift zurück und nimmt von dem im Ruhestand befindlichen Konzernchef Henrik Vanger den Auftrag an, den vermeintlichen Tod von dessen Großnichte Harriet aufzuklären, die im Sommer 1966 (also fast 40 Jahre vor der Haupthandlung) spurlos verschwunden ist. Henrik Vanger stellt ihm dafür das Familienarchiv und sämtliche Unterlagen der Polizei zur Verfügung, die sich in seinem Besitz befinden und aus mehreren hundert Dokumenten bestehen.
Mikael Blomkvist gelingt erst nach längerer Zeit ein Durchbruch, als er bislang unbekannte Fotografien entdeckt und beweisen kann, dass Harriet einem Serienmörder auf die Spur gekommen ist und diesen wenige Stunden vor ihrem Verschwinden auf offener Straße gesehen hat. Außerdem erkennt Blomkvist, dass eine vermeintliche Telefonliste von Harriet, die sich in den alten Polizeiunterlagen befindet, tatsächlich ein Verzeichnis mit den Namen der Opfer des Serienmörders ist. Blomkvist vermutet daraufhin, dass Harriet von dem Serienmörder ebenfalls beseitigt worden ist.