Loki (Tom Hiddleston), Halbbruder des Donnergottes Thor (Chris Hemsworth) hat einen Weg gefunden zwischen den neun Welten zu reisen und macht sich mit einer Streitmacht auf, die Erde zu unterwerfen. Zu diesem Zweck ruft Nick Fury (Samuel L. Jackson), Kopf der geheimen Regierungsbehörde und Friedensorganisation S.H.I.E.L.D., die größten Helden der Welt zusammen. Nach seinem jahrzehntelangen Schlaf ist Captain America (Chris Evans) ohnehin unter S.H.I.E.L.D.s Aufsicht, die nah- und fernkampferpobten Auftragskiller Black Widow (Scarlett Johansson) und Hawkeye (Jeremy Renner) sind ebenfalls schon fester Bestandteil des Ensembles. Da die Lage ernst ist, wird auch der egozentrische Tony Stark alias Iron Man (Robert Downey Jr.) ins Team geholt, ebenso wie der Wissenschaftler Dr. Bruce Banner (Mark Ruffalo), der unter falschem Vorwand ins Team gelockt wurde. Das birgt allerdings einige Gefahren, denn wenn der gammaverstrahlte Doktor sich zu sehr aufregt, wird er zum unberechenbaren Hulk und auch die anderen Helden sind es nicht gewohnt im Team zu arbeiten.