托尼·斯塔克（小羅伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 飾）試圖重啓一個已經廢棄的維和項目，不料該項目卻成爲危機導火索。世上最強大的超級英雄——鋼鐵俠、美國隊長（克里斯·埃文斯 Chris Evans 飾）、雷神（克里斯·海姆斯沃斯 Chris Hemsworth 飾）、綠巨人（馬克·魯弗洛 Mark Ruffalo 飾）、黑寡婦（斯嘉麗·詹森 Scarlett Johansson 飾）和鷹眼（傑瑞米·雷納 Jeremy Renner 飾），不得不接受終極考驗，拯救危在旦夕的地球。神祕反派奧創（詹姆斯·斯派德 James Spader 配音）逐漸崛起，超級英雄們必須重新集結，竭力阻止奧創實施人類滅絕計劃。戰鬥中，復仇者聯盟成員們還遇到了兩個新人物——旺達·馬克西莫夫（伊莉莎白·奧爾森 Elizabeth Olsen 飾）和皮特羅·馬克西莫夫（亞倫·泰勒-詹森 Aaron Taylor-Johnson 飾），以及以全新面目歸來的老朋友——幻視（保羅·貝坦尼 Paul Bettany 飾）。
世界秩序瀕臨崩潰，復仇者聯盟必須阻止奧創的陰謀。強敵不斷出現，一場空前絕後的全球浩戰即將展開……