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（詹姆斯·斯派德 James Spader 配音）逐渐崛起，超级英雄们必须重新集结，竭力阻止奥创实施人类灭绝计划。战斗中，复仇者联盟成员们还遇到了两个新人物——旺达·马克西莫夫（伊丽莎白·奥尔森 Elizabeth Olsen 饰）和皮特罗·马克西莫夫（亚伦·泰勒-约翰逊 Aaron Taylor-Johnson 饰），以及以全新面目归来的老朋友——幻视（保罗·贝坦尼 Paul Bettany 饰）。
　　世界秩序濒临崩溃，复仇者联盟必须阻止奥创的阴谋。强敌不断出现，一场空前绝后的全球浩战即将展开……

　　莉娜（娜塔莉·波特曼 Natalie Portman 饰）是一名生物学家，一年前，她的丈夫凯恩（奥斯卡·伊萨克 Oscar Isaac 饰）在参加一项秘密任务后神秘失踪，这一年间，莉娜一直生活在悲伤之中。某天，失忆的凯恩忽然出现在了莉娜的面前，之后晕倒被送入了医院。在那里，莉娜遇见了文崔斯博士（詹妮弗·杰森·李 Jennifer Jason Leigh 饰）。
　　博士告诉莉娜，凯恩被派往了一块被“闪光”笼罩的未知区域，三年间，无数的队伍被派往区域内进行勘探，只有凯恩一人活着回来了。不仅如此，“闪光”正在不断的扩大。为了查明事情的真相，莉娜自愿加入了下一批被派遣的队伍之中，和她一同前往的，除了文崔斯博士外，还有安雅（吉娜·罗德里格兹 Gina Rodriguez 饰）和乔茜（泰莎·汤普森 Tessa Thompson 饰）。

　　一股突如其来的强大邪恶势力对地球造成致命威胁，没有任何一个超级英雄能够单独抵挡。长期致力于保护全球安危的神盾局（SHIELD）感到措手不及，其指挥官“独眼侠”尼克·弗瑞（塞缪尔·杰克逊 Samuel L. Jackson 饰）意识到他必须创建一个“史上最强”的联盟组织， 云集各方超级英雄一起发威，才能拯救世界于水深火热，抵御黑暗势力的侵袭。于是由六大超级英雄——“钢铁侠”（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）、“雷神” （克里斯·海姆斯沃斯 Chris Hemsworth 饰）、“美国队长”（克里斯·埃文斯 Chris Evans 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）组成的 “复仇者联盟”应运而生。他们各显神通，团结一心，终于战胜了邪恶势力，保证了地球的安全。

　　近未来，武器研发集团MARS的创始人詹姆斯•麦库伦（Christopher Eccleston 饰）发明了名为“纳罗脉”的微型机器人，该机器人可以在很短时间内吞噬掉挡路的敌人，威力巨大。北大西洋公约组织（NATO）武器研究所对此颇感兴趣，向MARS集团购买了四颗纳罗脉弹头。运送途中，护卫队遭到一伙高科技武装分子的袭击。在弹头即将被抢去之际，另一组神秘人马阻止了武装分子的计划，并解救了护卫队仅剩的两名成员公爵（钱宁•塔图姆Channing Tatum 饰）和开伞索（Marlon Wayans 饰）。
　　解救公爵的正是霍克将军（丹尼斯•奎德Dennis Quaid 饰）所统率的特种部队，公爵和开伞索请求加入该部队，以血前耻。另一方面，阴谋夺取弹头的幕后黑手正是麦库伦，他企图从NATO榨取巨额资金以支持他的研究，继而实现称霸世界的野心。一场正邪较量就此展开……

　　出租车司机吉米·唐（成龙 饰）是个在自己心仪女子面前缺乏自信的家伙，所经反复排练但还是会在上阵时手足无措。飚出租车是他唯一所长，拥有因超速被九次吊扣执照的光荣记录，也因这一点被富翁戴弗林（Jason Isaacs 饰）的助手选中，担任戴弗林的司机。
　　戴弗林的另一身份是情报局局长，此时正全力调查一宗饮用水公司的商业阴谋。唐被戴弗林优雅的举动深深折服，两人合作融洽，不料一日两人遭滑板炸弹袭击，戴弗林重伤，昏迷前将家中严禁触碰的燕尾服交予唐使用，并留下“沃特史崔达”的莫名词句。
　　唐无奈之下只得扮演戴弗林的角色，接受安全部门的指令，但他很快发现那件燕尾服不同寻常！用腕表调控相关模式便可以让着衣者拥有超人般的身手。唐要仰仗这件高科技战衣与美丽的菜鸟探员黛儿·布兰妮（Jennifer Love Hewitt 饰）合作，用他们的乌龙方式查清班尼公司的真相……

　　布朗博士（克里斯托弗•洛伊德 Christopher Lloyd 饰）总是有些稀奇古怪的发明。在一次试验他发明的时光机器时，他找来了忘年交高中生马丁（迈克尔•J•福克斯 Michael J. Fox 饰）。岂料实验过程中博士被歹徒杀害了，马丁慌乱中架着时光机逃跑，回到了30年前。
　　马丁遇到了30年前的父亲乔治（克利斯丁•格拉夫 Crispin Glover 饰）和母亲洛莲（莉•汤普森 Lea Thompson 饰）。马丁一边找寻30年前的布朗博士，好让自己回到未来；一边尽力撮合乔治和洛莲，以免自己在以后消失了。但乔治为人懦弱，马丁在撮合过程中弄巧成拙让洛莲爱上了自己。还有令人讨厌的贝夫从中作梗，令马丁恼怒不已。
　　马丁周旋在他的双亲之间，还要尽快找到博士，想办法回到未来……