Als Tony Stark aka Iron Man (Robert Downey Jr.) ein inaktives Friedensprogramm in Gang bringen will, geht einiges schief und die mächtigsten Helden, die die Welt zu bieten hat, müssen sich dem ultimativen Test stellen, denn das Schicksal des ganzen Planeten steht auf dem Spiel. Als der niederträchtige Ultron (James Spader) auftaucht, liegt es an den Avengers Iron Man, Thor (Chris Hemsworth), Captain America (Chris Evans), Hulk (Mark Ruffalo), Black Widow (Scarlett Johansson) und Hawkeye (Jeremy Renner) ihn aufzuhalten und die Umsetzung seiner schrecklichen Pläne zu verhindern. Und schon bald ebnen unsichere Allianzen und unerwartete Aktionen den Weg für ein episches und einzigartiges globales Abenteuer.

Das Team muss sich also einmal mehr zusammentun, um die Welt zu retten, in dem sie den erschreckenden, technologischen Bösewicht Ultron besiegen. Dieser ist versessen auf die Ausrottung der Menschheit. Dabei stehen den Avengers auch wieder Samuel L. Jackson als Nick Fury und Cobie Smulders als Agent Maria Hill zur Seite. Auf dem Weg treten ihnen zwei mysteriöse Newcomer entgegen: Wanda (Elizabeth Olsen) und Pietro Maximoff (Aaron Taylor-Johnson). Außerdem treffen sie auf einen alten Freund in neuer Form, als Paul Bettany (der in mehreren Marvel-Filmen schon den intelligenten Computer J.A.R.V.I.S. gesprochen hat) zu Vision wird.