在圍剿斯克魯人的戰鬥中，克裏人星際戰隊成員弗斯（布麗·拉爾森 Brie Larson 飾）不幸成為對方的俘虜。斯克魯人嘗試探究弗斯的記憶，最終發現連弗斯本人都不知道的一段往事，進而也得知名為溫迪•勞森博士的女子掌握著他們急於得到的時空引擎。趁對方不備，擁有強大超能力的弗斯擺脫束縛，逃到了代號為C-53的地球，而這裏也正是她那段失落的記憶的發生地。未過多久，神盾局探員弗瑞特工（塞繆爾·傑克遜 Samuel L. Jackson 飾）找上門來，而緊隨其後的斯克魯人更是引發了地球人前所未見的大騷動。
在這一過程中，弗瑞特工意識到事態的嚴重性，並且幫助弗斯認清本來的自己。倔強的弗斯，終於找到了真正需要保護的東西……