在宇宙中，半数生命因灭霸的响指而灰飞烟灭。复仇者们几乎绝望，但在惊奇队长（布丽·拉尔森 Brie Larson 饰）的帮助下找到了灭霸的隐居之地。然而，他们得知六颗无限宝石已被销毁，希望彻底破灭。
五年后，迷失在量子领域的蚁人（保罗·路德 Paul Rudd 饰）意外回到现实世界，他的出现为幸存的复仇者们点燃了希望。与美国队长（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）冰释前嫌的托尼（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）也找到了穿越时空的方法，星散各地的超级英雄再度集结。
他们分别穿越不同的时代去搜集无限宝石。而在这一过程中，平行宇宙的灭霸察觉了他们的计划。最终决战即将到来，超级英雄们为了心中恪守的信念前仆后继……
