La película cuenta una historia de amor y engaño, ambientada en Europa (Trieste, Bolzano, Fidenza, Roma, Milán, Merano, Viena, Praga) en el mundo de las subastas de arte de alta gama y antigüedades. La historia gira en torno a Virgil Oldman (Geoffrey Rush), un director gerente envejecido, adinerado y respetado, pero algo distante y excéntrico, de una destacada casa de subastas. Oldman es contratado por una misteriosa heredera joven, Claire Ibbetson (Sylvia Hoeks), para subastar la amplia colección de arte y antigüedades que le dejaron sus padres. Claire siempre se niega a ser vista en persona, sufriendo de una agorafobia severa y nunca saliendo de su habitación. Pronto, Virgil, un soltero de toda la vida que puede identificarse con su reclusión, comprende que se ha enamorado de ella.

En Estocolmo, Suecia, la hacker vigilante Lisbeth Salander es contratada por el programador informático Frans Balder para recuperar Firefall, un programa capaz de acceder a los códigos nucleares del mundo que él desarrolló para la Agencia de Seguridad Nacional, ya que Balder cree que es demasiado peligroso que exista. Lisbeth recupera con éxito Firefall de los servidores de la NSA, atrayendo la atención del agente Edwin Needham, pero no logra desbloquearlo y posteriormente el programa es robado por mercenarios liderados por Jan Holtser, quienes también intentan matar a Lisbeth. Cuando ella no se presenta a su cita programada, Balder cree erróneamente que Lisbeth decidió quedarse con Firefall para ella misma y contacta a Gabrielle Grane, la subdirectora del Servicio de Seguridad Sueco (Säpo), quien traslada a Balder y a su hijo pequeño August a una casa segura. Mientras tanto, Needham rastrea el inicio de sesión no autorizado hasta Estocolmo y llega en busca de Lisbeth y Firefall.

Tras la rebelión de los replicantes creados por bioingeniería para ser utilizados como mano de obra esclava y la prohibición a Tyrell Corporation de seguir con su fabricación, el empresario Niander Wallace adquirió lo que quedaba de Tyrell Corp. y creó una nueva línea de replicantes mucho más obedientes.