上世纪40年代，纳粹及其邪恶轴心的战火烧遍世界各个角落。居住在布鲁克林的小个子史蒂夫·罗格斯（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）心系国家，一心上阵杀敌，可是糟糕的体格让他始终被征兵办拒之门外。偶然的机会，在德籍科学家厄斯金博士（Stanley Tucci 饰）的帮助下，这个小个子男孩得以走入兵营，并接受了博士的试验，化身成为高大健壮、膂力过人的超级战士。与此同时，德国纳粹红骷髅部队的首领约翰·施密特（雨果·维文 Hugo Weaving 饰）依靠超自然的力量建立起一支超级战队，企图称霸全世界。
供职于某生物科技公司的生物化学科学家威廉·福斯特（基努·里维斯 Keanu Reeves 饰），长久以来一直致力于克隆技术的研究。虽然科研的道路上困难重重，但他距离最终的成功似乎只有一步之遥。谁知就在关键时刻，一场车祸摧毁了他的幸福人生。车祸中，妻子莫娜（爱丽丝·伊芙 Alice Eve 饰）和三个可爱的孩子命归黄泉，这令威廉痛不欲生。然而，科学家的本能又促使他迅速冷静下来。他找到工作中的伙伴埃德·惠特尔（托马斯·米德蒂奇 Thomas Middleditch 饰）帮忙，决定利用自己的研究“复活”家人。
托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）试图重启一个已经废弃的维和项目，不料该项目却成为危机导火索。世上最强大的超级英雄——钢铁侠、美国队长（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）、雷神（克里斯·海姆斯沃斯 Chris Hemsworth 饰）、绿巨人（马克·鲁弗洛 Mark Ruffalo 饰）、黑寡妇（斯嘉丽·约翰逊 Scarlett Johansson 饰）和鹰眼（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰），不得不接受终极考验，拯救危在旦夕的地球。神秘反派奥创
