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。

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……

最先与灭霸军团遭遇的雷神索尔一行遭遇惨烈打击，洛基遇害，空间宝石落入灭霸之手。未几，灭霸的先锋部队杀至地球，一番缠斗后掳走奇异博士。为阻止时间宝石落入敌手，斯塔克和蜘蛛侠闯入了敌人的飞船。与此同时，拥有心灵宝石的幻视也遭到外星侵略者的袭击，为此美国队长、黑寡妇等人将其带到瓦坎达王国，向黑豹求助。幸免于难的索尔与星爵一行相逢，随后他们兵分两路。索尔与火箭、格鲁特踏上再铸雷神之锤的旅程，星爵则与卡魔拉等人试图阻止灭霸的恶行。而知晓灵魂宝石下落的卡魔拉，同样是其义父灭霸追踪的对象。 　　攸关整个宇宙命运的史诗战役全面展开，超级英雄们为了平凡而自由的生命奋不顾身……

一声响指，宇宙间半数生命灰飞烟灭。几近绝望的复仇者们在惊奇队长（布丽·拉尔森 Brie Larson 饰）的帮助下找到灭霸（乔什·布洛林 Josh Brolin 饰）归隐之处，却得知六颗无限宝石均被销毁，希望彻底破灭。如是过了五年，迷失在量子领域的蚁人（保罗·路德 Paul Rudd 饰）意外回到现实世界，他的出现为幸存的复仇者们点燃了希望。与美国队长（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）冰释前嫌的托尼（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）找到了穿越时空的方法，星散各地的超级英雄再度集结，他们分别穿越不同的时代去搜集无限宝石。而在这一过程中，平行宇宙的灭霸察觉了他们的计划。