Trong phim, đội ngũ đông đảo các siêu anh hùng gồm Iron Man (Người Sắt), Hulk (Người khổng lồ xanh), Thor (Thần Sấm), Captain America, Hawkeye và Black Widow (Góa Phụ Đen) đã tụ hợp lại với nhau theo lời triệu tập của Nick Fury, giám đốc của S.H.I.E.L.D (Tổ chức gìn giữ hòa bình quốc tế), nhằm tạo thành một đội quân hùng mạnh để bảo vệ nền hòa bình và an ninh toàn cầu trước một kẻ thù không thể ngờ tới.

Dù mục tiêu tối thượng là thống nhất được nhóm anh hùng, Nick Fury và người cộng sự lâu năm, Điệp viên Coulson, phải tìm mọi cách để thuyết phục các siêu anh hùng phối hợp với nhau thay vì chiến đấu chống lại nhau. Điều này rất quan trọng khi tên Loki, người em trai nguy hiểm và đầy sức mạnh của Thor, đã chiếm được vật thể thần kỳ Cosmic Cube và thu được nguồn năng lượng vô hạn từ nó.