Cisne Negro narra la historia de Nina, una bailarina de una compañía de ballet de la ciudad de Nueva York cuya vida, como la de todos los de su profesión, está completamente absorbida por la danza. Nina vive con su madre, Erica, bailarina retirada y terriblemente manipuladora que la reprime fuertemente, al grado de seguirla tratando como a una niña de 10 años.

Cuando el director artístico Thomas Leroy decide sustituir a la prima ballerina Beth Macintyre en la nueva producción de la temporada, 'El lago de los cisnes', Nina es su primera elección. Pero Nina tiene competencia: una nueva bailarina, Lily, que también ha impresionado gratamente a Leroy. 'El lago de los cisnes' requiere una bailarina que pueda interpretar tanto al Cisne Blanco, con inocencia y elegancia, como al Cisne Negro, que representa la astucia y la sensualidad. Nina encaja perfectamente al papel del Cisne Blanco, pero Lily es la absoluta personificación del Cisne Negro.

Mientras la rivalidad entre las dos jóvenes bailarinas va transformándose en algo más que una encrespada relación, Nina empieza a conectar con su lado más oscuro, con una temeridad tal que amenaza destruirla.