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。　　注定要载入史册的最终决战，超级英雄们为了心中恪守的信念前仆后继……

21世纪第一个十年，人类世界依然未能得到与所谓的高度发达文明相匹配的和平与安宁，超能力罪犯不断越狱，制造祸端；国际上比亚利亚和珀戈利斯坦两国剑拔弩张，人民遭难。超人（乔治·纽伯恩 George Newbern 配音）虽然不断与各种强大邪恶的对手作战，但他坚决不杀人的原则令其饱受质疑与指摘。在偶然的机会，他发现了几个年轻人组成的超能战士组合——极英盟。极英盟实力强大，个性鲜明，很快便成为新一代为民众所追捧的正义英雄。谁之不久之后，超人与极英盟成为了势不两立的对手…… 　　本片根据Joe Kelly于2001出版的漫画《为什么美国式的正义和真理如此可笑（What's So Funny About Truth, Justice and the American Way?）》。

　　在不久的将来，人工智能将统治一切，人类的情感反而成为了威胁。为了摆脱情感的羁绊，嘉柏丽尔决定回到前世，净化自己的 DNA。在那里，她与曾经的挚爱路易斯重逢。但她却深陷恐惧之中，并预感灾难即将来临。

特工汉纳威（乔什·哈洛威 Josh Holloway 饰）执行任务时遇害，核机密文件被女杀手莫伦（蕾雅·赛杜 Léa Seydoux 饰）截获。为了找回文件，特工班吉（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）和特工简（宝拉·巴顿 Paula Patton 饰）从俄罗斯监狱救出了伊桑·亨特（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）。他们接受的幽灵协议任务便是从克林姆林宫盗取核军事密码。然而，当他们接近目标时，却发现被恐怖分子亨德里克斯（迈克尔·恩奎斯特 Michael Nyqvist 饰）捷足先登，抢走了核军事密码。在爆炸中，亨特受困医院，遭俄特工的追捕，幸好他身手矫捷，才化险为夷。不过，亨特的上司也在混乱中丧生，只剩下其助手布兰德（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰）与亨特死里逃生，加上班吉和简，逼上绝境的四人开始了最后一搏，从迪拜到印度，他...

天才少年理查德（迈尔斯·特勒 Miles Teller 饰）凭借物体传送装置的发明得到正研究量子门的富兰克林?斯通的赏识，他将理查德招至麾下，通过和维克多（托比·凯贝尔 Toby Kebbell 饰）、约翰尼（迈克尔·B·乔丹 Michael B. Jordan 饰）、苏珊（凯特·玛拉 Kate Mara 饰）等才华横溢的青年们的通力合作，量子门的研究终于取得突破性进展。不久之后，不甘成果被政府攫取的年轻人们叫上理查德的朋友本（杰米·贝尔 Jamie Bell 饰），偷偷潜入那个未知的世界探险，谁知却被神秘的能量所感染。在此之后，他们拥有了身体伸缩、控制火焰、岩石化以及隐形等能力。 　　为了能过回复从前的样子，年轻人们再次走向量子门，而对面的世界还有一个当初被丢下的同伴等待着他们……