《复仇者联盟》的故事始于神盾局对宇宙魔方的研究，这是一种蕴含无限能量的神秘物体。然而，邪神洛基（汤姆·希德勒斯顿 Tom Hiddleston 饰）突然出现并夺走了魔方，他计划利用其力量打开空间通道，带领外星军队征服地球。面对这一前所未有的危机，神盾局局长尼克·弗瑞启动了"复仇者联盟"计划，试图集结地球上最强大的英雄们共同对抗威胁。 　　钢铁侠托尼·斯塔克、美国队长史蒂夫·罗杰斯、雷神索尔、绿巨人布鲁斯·班纳、黑寡妇娜塔莎·罗曼诺夫以及鹰眼克林特·巴顿相继被召集。然而，这些性格迥异的超级英雄起初难以合作，彼此之间充满猜忌与冲突。尤其是雷神索尔试图单独带走弟弟洛基，而美国队长与钢铁侠在战略上存在严重分歧，团队几乎分崩离析。 　　转机出现在洛基设计让绿巨人失控大闹神盾局空中母舰后。英雄们意识到内斗只会让敌人得逞，最终放下成见团结一致。在纽约大战中，复仇者联盟与洛基率领的齐塔瑞大军展开殊死搏斗。钢铁侠穿梭城市切断敌军增援，美国队长指挥地面作战，雷神与绿巨人正面迎击巨兽利维坦，黑寡妇和鹰眼则协力关闭空间通道。最终，钢铁侠冒着生命危险将核弹送入太空，彻底粉碎了入侵计划。 　　战后，复仇者们以真正的团队姿态接受了民众的欢呼。洛基被押回阿斯加德，而尼克·弗瑞看着破损的纽约露出微笑——他相信这些英雄终将成为守护世界的中坚力量。片尾彩蛋揭示了幕后黑手灭霸的登场，为后续更大的宇宙危机埋下伏笔。