Cisne Negro conta a história da bailarina Nina (Portman), cuja vida é totalmente consumida pela dança, assim como todas as mulheres de sua profissão. Ela vive com sua mãe (Hershey), uma bailarina aposentada que zela pelas ambições profissionais da filha. Quando o diretor artístico Thomas Leroy (Cassel) decide substituir a bailarina principal Beth MacIntyre (Ryder) na nova produção de O Lago dos Cisnes, Nina é a primeira opção. Mas ela tem uma concorrente: Lily (Kunis), nova dançarina que também impressiona o diretor. Mas O Lago dos Cisnes precisa de uma bailarina que possa tanto interpretar o Cisne Branco, símbolo de inocência e graciosidade, e o Cisne Negro, que representa a sensualidade. Nina é perfeita para o papel de Cisne Branco, mas Lily personifica o Cisne Negro. Conforme aumenta a rivalidade entre as duas bailarinas, Nina começa a descobrir seu lado escuro, mas com uma negligência que pode destruí-la.