Misshandeln ska ha skett på en ort utanför Eskilstuna på fredagskvällen. Paret greps vid 22-tiden. Efter förhör anhölls både mannen och kvinnan av jouråklagare.
Den misshandlade flickan är i tonåren och uppges inte ha fått några allvarliga skador.
– Vi vill inte lämna ut några fler uppgifter i nuläget eftersom det är känsligt när ett barn är inblandat, säger Mia Magnusson, biträdande länsvakthavande polisbefäl.