Em A Menina que Brincava com Fogo, após um ano viajando pelo mundo, Lisbeth Salander (Noomi Rapace) retorna à Suécia. Logo ela é acusada pela morte de Dag Svensson (Hans Christian Thulin) e sua namorada Mia (Jennie Silfverhjelm). Dag estava preparando uma matéria investigativa sobre tráfico humano para a revista Millennium, enquanto que Mia estava terminando um livro sobre as conexões dos agentes secretos da extinta União Soviética no restante da Europa.

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Lisbeth é também acusada pela morte de Nils Bjurman (Peter Andersson), seu tutor, que queria recuperar um vídeo comprometedor que está com ela. Após encontrar os corpos de Dag e Mia, Mikael Blokvist (Michael Nyqvist), o editor da Millennium, passa a investigar o caso para provar a inocência de Lisbeth.