Black Swan volgt het verhaal van Nina, een ballerina in een balletgezelschap in New York City. Haar leven, net zoals dat van iedereen in dit beroep, staat volledig in het teken van de dans. Ze woont samen met haar moeder Erica, die ooit ballerina was. Ze steunt de professionele ambities van haar dochter op zeer fanatieke wijze. Wanneer de artistiek directeur Thomas Leroy besluit de prima ballerina Beth Macintyre te vervangen voor de eerste productie van hun nieuwe seizoen, ‘Het zwanenmeer’, is Nina zijn eerste keuze. Maar Nina heeft een rivale: een nieuwe danseres, Lily, die ook indruk maakt op Leroy. 'Het Zwanenmeer' heeft een danseres nodig die zowel de witte zwaan met onschuld en elegantie kan spelen als de zwarte zwaan, die staat voor bedrog en sensualiteit. De rol van witte zwaan is Nina op het lijf geschreven, maar Lily is de belichaming van de zwarte zwaan. Terwijl de twee jonge danseressen hun rivaliteit laten uitgroeien tot een vreemde vriendschap, begint Nina haar duistere kant steeds meer te omarmen en tot de zwarte zwaan te transformeren, met een obsessie die haar ondergang zou kunnen betekenen.