Fabuła filmu „Czarny łabędź" oparta jest na klasycznym balecie Piotra Czajkowskiego „Jezioro łabędzie". Nowojorski zespół baletowy zamierza wystawić nową wersję tego baletu. Z powodu odejścia primabaleriny Beth reżyser Thomas Leroy (grany przez Vincenta Cassela) decyduje się na obsadzenie w roli głównej młodej tancerki. Stawia jednak warunek: primabalerina zagrać musi dwie role jednocześnie, niewinnej białej łabędzicy i zmysłowej czarnej łabędzicy. Główna bohaterka filmu Nina mieszka razem ze swoją despotyczną matką, która sama była kiedyś tancerką baletową. Nina tańczy od dzieciństwa pod opieką matki i jest w tym świetna, ale jednocześnie wrażliwa, wstydliwa i tchórzliwa. Idealnie pasuje do roli białej łabędzicy, podczas gdy jej koleżanka z zespołu Lily (w tej roli Mila Kunis) jest stworzona do roli czarnej łabędzicy. Sympatyczna i niewinna Nina nie radzi sobie z zatańczeniem kusicielskiej i złej czarnej łabędzicy. Jednak bardzo kocha taniec, który jest dla niej całym życiem. Pokonując swoje zahamowania, Nina idzie do reżysera i prosi o powierzenie jej roli. Ten na początku odmawia, Reżyser, ostatecznie jednak wybiera właśnie ją. Po otrzymaniu głównej roli Nina czuje wielką presję zewnętrzną i wewnętrzną. W trakcie intensywnych prób przed premierą w Ninie powoli ujawnia się ciemna strona jej osobowości.