負責指揮神盾局（S.H.I.E.L.D.）暗中保護地球安危的費局長（森姆積遜），為了對抗從聖域界來到人間搶奪能量之源「宇宙方塊」並意圖入侵地球的 欺詐之神洛基（湯希丹斯頓）及外星異軍，必須冒險召集全宇宙最強的超級英雄，組成「復仇者聯盟」以拯救地球。然而，狂傲不羈的鐵甲奇俠（羅拔唐尼）、被冰封70年後甦醒的正義化身美國隊長（基斯伊雲斯）、欲親自阻止自己王弟瘋狂詭計的雷神（基斯咸士禾夫）、平常溫文內歛卻隨時被觸怒而變成失控怪物的變形俠醫（馬克魯法洛），各自都有超然的異能、超凡的武器或超卓的身手，到底能否克服對彼此的成見與猜疑，聯同頂尖特工黑寡婦（施嘉莉祖安遜）與鷹眼（謝諾美維納），成為真正的團隊，合力挽救遭天外異軍肆意襲擊的紐約市？