1992年，连年的部落战争令东非国家索马里山河破败，民不聊生，由此引发的大饥荒更造成三十万人死亡。掌控首都摩加迪休的独裁者默罕默德•法拉•艾迪德抢走国际组织的救援物资，此举引起世人公愤。丧心病狂的艾迪德向国际维和组织宣战，美国方面派出160名特种部队成员前往摩加迪休以推翻艾迪德政权。
　　这群满腔热血的战士信心十足，然而却因情报搜集不足而使战事陷入胶着状态。在一次追捕艾迪德政权两大高官的行动中，特种部队受到索马里民兵的顽强抵抗。双方在市中心展开激烈对峙，美军一架黑鹰直升机受到攻击坠落市区，机组人员危在旦夕。为了营救同伴，一小队特种部队士兵深入虎穴。在接下来的15小时里，他们经历了人间最难以想象的修罗场……

　　天网拥有独立意识后，对创造它的人类展开血腥屠杀。此后的岁月，约翰·康纳（杰森·克拉科 Jason Clarke 饰）率领战友和天网的机器人大军进行着旷日持久的战争。在关键的一次战役过后，天网将终结者派往1984年的洛杉矶，企图杀害约翰的妈妈莎拉（艾米莉亚·克拉克 Emilia Clarke 饰）。而约翰则将自己最亲密的战友——同时也是他的生身父亲凯尔·里斯（杰·科特尼 Jai Courtney 饰）派往过去。凯尔刚刚抵达洛杉矶便遭到液态金属终结者T-1000（李秉宪 饰）的袭击。与此同时，“老爹”（阿诺·施瓦辛格 Arnold Schwarzenegger 饰）则与莎拉联手干掉了终结者T-800（阿诺·施瓦辛格 Arnold Schwarzenegger 饰）。
　　似乎过去的事情悄然改变，凯尔则从时间旅行中的遭遇得到灵感，与莎拉穿越来至2017年，尝试阻止天网的诞生……

　　2018年，天网系统与人类的战争使世界陷入了末世般的境况，反抗军精神领袖约翰·康纳（克里斯蒂安·贝尔 Christian Bale 饰）带队执行一次任务的过程中获得了战胜天网的新思路，而天网系统适时推出了新的目标排名，康纳位居次席，榜首上康纳此时尚年青的父亲凯尔·瑞斯赫 然在列。与此同时，一名遗忘了自身过去经历的强壮男子马库斯（萨姆·沃辛顿 Sam Worthington 饰）出现在洛杉矶的废墟中，他与反抗军战士瑞斯偶然结识，并组队前往反抗军总部，不料途中遭机械人袭击，瑞斯被俘。落单的马库斯经由反抗军女战士布莱尔引路，迎来了与康纳命中注定的相遇，但人与机械的对立让康纳不得不视对方为敌人……
　　瑞斯在天网中心生死未卜，同时反抗军高层不肯推迟强行进攻计划，留给康纳的时间不再充裕，他只能选择进行一场赌上性命与荣誉的潜入行动。

　　结婚纪念日当天，CIA特工伊芙琳·绍特（安吉丽娜·朱莉 Angelina Jolie 饰）受命审讯一名投案自首的俄罗斯间谍。对方声称自80年代便潜入美国，并且透露有一名间谍大师曾训练数名儿童，将他们培养成间谍送入普通的美国家庭中，伺机刺杀美国总统。令在场所有特工震惊的是，这个俄国人竟指认绍特是这群孩子中的一员。
　　不顾CIA探员们的阻拦，绍特执意返回家中。经过一番惊险追逐，她暂时逃过昔日同伴的追捕。不久，俄罗斯总统访问美国，绍特再次卷入各种阴谋之中，而她的真实身份也变得愈加扑朔迷离……

　　有一个这样的理论：宇宙中存在多个平行世界，而且每个平行世界里都有一个你存在，而且所有平行世界里面的自己会分摊整个宇宙中你所具备的能量。所以，只要平行世界中的你都消失了，那所有的能量将汇聚到最后的一个人身上。正是为了这个目的，夺取所有人的能量，在遥远的未来，名叫基比（李连杰 饰）的杀手穿越时空杀掉了123个平行世界中的自己，获得了超能力。而这时，世界中只剩下自己和另外一个平行世界中名叫盖伯瑞（李连杰 饰）的自己。而身处和平世界中的盖伯瑞，完全没有意识到大难临头。只是在突然的一天，发现自己速度极快、力大无穷，而且有一个和他一模一样的人在到处犯罪，作为警察的自己，必须挺身而出，阻止犯罪的同时也为了拯救自己。

　　一声响指，宇宙间半数生命灰飞烟灭。几近绝望的复仇者们在惊奇队长（布丽·拉尔森 Brie Larson 饰）的帮助下找到灭霸（乔什·布洛林 Josh Brolin 饰）归隐之处，却得知六颗无限宝石均被销毁，希望彻底破灭。如是过了五年，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）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。
　　注定要载入史册的最终决战，超级英雄们为了心中恪守的信念前仆后继……