2003. aastal ilmus tema esikteos, kriminaalromaan "Solstorm" ("Päikesetorm"), kus maksujurist Rebecka Martinsson lahendab Kirunas toime pandud mõrvamüsteeriumit. Raamat sai bestselleriks ning pälvis Rootsi kriminaalromaanikirjanikke ühendavalt organisatsioonilt Svenska Deckarakademin aasta debüütromaani auhinna. Seda on Rootsis müüdud üle 350 000 eksemplari. 2004. aastal ilmunud Martinssoni sarja teine raamat "Det blod som spillts" ("Veresüü") pälvis parima rootsi kriminaalromaani auhinna. Sama auhinna sai ka Martinssoni sarja viies osa, 2012. aastal ilmunud "Till offer åt Molok".
2006. aastal pälvis ta ametiühingu Vision välja antava Rootsi aasta kirjaniku auhinna. Valik sünnib ametiühingu liikmete seas läbi viidava hääletamise tulemusel.
2007. aastal tehti "Päikesetormi" põhjal samanimeline film, kus peaosa mängis Poola–Rootsi näitleja Izabella Scorupco.
Rebecka Martinssoni ainetel on tehtud ka teleseriaal. 2017. aastal oli Rootsi kanali TV4 eetris sarja esimene hooaeg ning 2020. aastal teine hooaeg. Mõlema hooaja jooksul näidati 8 osa, kokku on tehtud 16 osa.
Aastatel 2014–2018 kirjutas Larsson koos Ingela Korselliga kümneosalise 9–12 aastastele lastele mõeldud põnevuslugude sarja "PAX".