渐渐习惯了现代生活的美国队长史蒂夫·罗杰斯（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰），在一次行动后隐隐嗅到神盾局内部所弥漫出来的凶险气味。而当得知神盾局正秘密进行的“洞察计划”后，他更为此感到愤怒。某天，神盾局指挥官尼克-法瑞（塞缪尔·杰克逊 Samuel L. Jackson 饰）遭到一群武装分子袭击，他拼尽全力将一支U盘交到美国队长手中，这里面藏着该局二战以来最重要且最可怕的秘密。在此之后，美国队长因涉嫌杀害尼克而遭到前局长亚历山大·皮尔斯（罗伯特·雷德福/Robert Redford 饰）的通缉和追杀，逃亡中他得到黑寡妇（斯嘉丽·约翰逊 Scarlett Johansson 饰）和退伍老兵“猎鹰”（安东尼·麦凯 Anthony Mackie 饰）的帮助。 　　他们必须争分夺秒解开神盾局的秘密，阻止“洞察计划”的施行……

科尔（刘易斯·陈 Lewis Tan 饰）是一名身手非常矫健，但生活十分落魄的拳手，某日，他莫名其妙的遭到了冷冻术士绝对零度（乔·塔斯利姆 Joe Taslim 饰）的追杀。在特种部队少校贾克斯（麦卡德·布鲁克斯 Mehcad Brooks 饰）的帮助之下，科尔死里逃生，并且启程开始寻找一位叫做索尼娅（杰西卡·麦克娜美 Jessica McNamee 饰）的女子。 　　之后，科尔来到了地球阳间守护者雷电（浅野忠信 饰）的神庙之中，在这里，他遇见了战士刘康（林路迪 饰）和佣兵卡诺（约什·劳森 Josh Lawson 饰）等人，他们唯一的共同点就是身上都有着神秘的龙形标志。一行人即将在这里接受非常严酷的训练，以对抗来自异星敌人的侵略，保护宇宙的和平。