背中にドラゴンのタトゥーを持つ天才ハッカー、リスベット(クレア・フォイ)は、特殊な映像記憶能力を駆使して活躍していた。そんなある日、彼女は人工知能=AIの世界的権威・バルデル教授から仕事の依頼を受ける。依頼の内容は、意図せずに開発してしまった核攻撃プログラムを、アメリカ国家安全保障局から奪回するというもの。その裏に隠された恐るべき陰謀を探るうち、奇妙で不気味な謎の存在に行き当たるリスベット。それは、16年前に別れた双子の姉妹カミラ(シルヴィア・フークス)。だが、そのことに気付いた時はすでに、周到に仕組まれたカミラの罠に落ちていた。そしてリスベットは、自身の忌まわしい記憶と、葬り去ったはずの残酷な過去に向き合うことに……。