Un an s'est écoulé depuis que le S.H.I.E.L.D s’est effondré avec la réémergence de l’organisation terroriste HYDRA. Le S.H.I.E.L.D ne dirigeant plus la sécurité internationale, les Avengers – composés d’Iron Man, Captain America, Thor, Hulk, Black Widow et Hawkeye – se rassemblent pour la première fois en trois ans afin de traquer et éliminer les dernières cellules d’HYDRA eux-mêmes, en utilisant les ressources financières de Tony Stark.

Leur dernière mission les amène à la localisation du Sceptre alien utilisé par Loki durant l’Invasion Chitauri. Le Sceptre est maintenant la possession du Baron Wolfgang von Strucker, un des leaders d’HYDRA, qui l’utilise l’énergie de l’arme alien pour alimenter des armes avancées mais aussi pour tenter de donner des pouvoirs à des êtres humains vivants. L’assaut contre la base de Strucker dans un pays de l’Europe de l’Est, la Sokovie, débute et les Avengers affrontent les forces d’HYDRA pour récupérer le Sceptre. Durant la bataille, Strucker lâche deux de ses agents : Pietro et Wanda Maximoff, des jumeaux Sokoviens qui sont les seuls humains ayant survécus à l’exposition à l’énergie du Sceptre et ayant obtenus des super-pouvoirs. Pendant que Wanda acquiert une puissance gamme de pouvoirs psioniques, Pietro, lui, peut se déplacer à des vitesses supersoniques. Les jumeaux sont en mesure de tenir contre les Avengers mais ne peuvent empêcher les héros de capturer Strucker. Iron Man trouve le Sceptre et Wanda tente de le stopper en utilisant ses pouvoirs pour lui implanter une vision dans son esprit. Dans sa vision, Stark voit ses camarades morts tandis que les Chitauri lancent une énorme invasion contre la Terre. Alors qu’elle observe le cauchemar de Stark, Wanda le laisse, lui et les Avengers, récupérer le Sceptre avant de s’échapper avec son frère.

Avec l’arrestation de Strucker, HYDRA subit une énorme perte et l’organisation est lancée dans un état de discorde. De retour à la Tour des Avengers avec le Sceptre, Stark et Bruce Banner commencent à étudier l’arme. Leurs recherches les amènent à la découverte d’un réseau de neurones qui, selon Stark, pourrait être reconfigurées en une intelligence artificielle stockée au sein de la gemme du Sceptre. Les deux scientifiques extraient le réseau pour le programme de Stark de maintien de la paix – « Ultron » – conçu pour permettre à l’Iron Legion d’opérer indépendamment et de protéger la Terre sous la direction d’une intelligence artificielle avancée. Après trois jours, le projet semble rencontrer un petit succès. Malgré tout, pendant que les Avengers organisent une fête pour célébrer leurs récentes victoires, Ultron s’active soudainement. D’une façon ou d’une autre et malgré les précautions de Stark, Ultron détermine immédiatement que le seul moyen de sauver la Terre est d’éradiquer l’humanité, qu’il considère comme la principale source de problème de la planète.

J.A.R.V.I.S tente de stopper Ultron mais l’intelligence artificielle est plus puissante et semble le détruire avant de prendre le contrôle des armures de l’Iron Legion. Après que les Avengers aient finis leurs fêtes, l’équipe, rejoint par Maria Hill, James Rhodes et la généticienne Helen Cho, s’amuse en tentant de soulever Mjolnir. Leur concours est interrompu lorsqu’ils sont soudainement par l’Iron Legion dirigée par Ultron. Durant le combat, Ultron a une chance de tuer le Dr. Cho mais décide mystérieusement de l’épargner. Alors que la plupart des drones sont détruits par les Avengers, un des drones s’échappe avec le Sceptre et se rend à la base d’HYDRA en Sokovie, où Ultron utilise les technologies stockées sur place pour commencer la construction d’une armée de drones robotiques ainsi qu’à sa propre unité mobile.

Après la bataille, l’équipe confronte Stark à propos de son secret. Pendant ce temps, Ultron recrute les jumeaux Maximoff, qui veulent se venger de Stark à la suite de la mort de leurs parents causée par l’explosion d’un obus de Stark Industries. Wanda avait volontairement laissé Stark s’emparer du Sceptre en espérant qu’il fera une erreur avec qui mènera le monde à le détester, ce qui s’avère être vrai avec la création d’Ultron. Après qu’Ultron ait tué Strucker pour attirer les Avengers, lui et les jumeaux se rendent en Afrique du Sud afin d’acquérir du vibranium au trafiquant d’armes Ulysses Klaue. Les Avengers tentent de les stopper mais Wanda hypnotise Thor, Black Widow et Captain America, leur donnant des hallucinations les rendant invalides. Elle hypnotise ensuite Bruce Banner, ce qui le change en Hulk et l’envoie attaquer Johannesbourg. Iron Man s’équipe de la puissante armure « Veronica » et bat Hulk au prix d’une destruction massive qui cause un désaveu des Avengers dans le monde entier, les forçant à se cacher.?

L’équipe trouve refuge dans la ferme de Clint Barton où ils rencontrent sa femme Laura et ses enfants Cooper et Lila. Après avoir eu une vision apocalyptique dans ses hallucinations, Thor part et se rend à la mystique Source des Visions avec Erik Selvig afin de déterminer la signification de ses hallucinations. Romanoff et Banner décident de fuir et de partir ensemble une fois qu’Ultron sera vaincu. Nick Fury arrive au refuge et encourage les Avengers à former un plan pour arrêter Ultron. Banner déduit qu’Ultron souhaite créer un nouveau corps fait de tissus synthétiques en utilisant le « Caisson » développé par le Dr. Helen Cho.

Pendant ce temps, Ultron, Pietro et Wanda se rendent aux laboratoires du Dr. Cho à Séoul en Corée du Sud, où Ultron révèle son plan en utilisant le vibranium avec les tissus synthétiques de Cho dans le Caisson afin de créer un corps synthétique extrêmement puissant pour lui. La gemme du Sceptre sert de source d’énergie primaire. Afin de s’assurer sa coopération, Ultron prend le contrôle de l’esprit de Cho avec le Sceptre. Pendant qu’il transfert son esprit dans le corps synthétique et que Cho implante la gemme, Wanda regarde dans l’esprit du corps et découvre son plan de destruction de l’humanité. Horrifiés, les Jumeaux se tournent contre Ultron, qui quitte le laboratoire avec le Caisson. Arrivés à Séoul, Captain America, Black Widow et Hawkeye affrontent Ultron, qui enlève Black Widow et fait dérailler un train pour ralentir les Avengers. Les jumeaux aident Captain America à sauver les passagers, pendant qu’Hawkeye récupère le Caisson et le ramène à la Tour des Avengers.

A la Tour des Avengers, Stark et Banner implantent J.A.R.V.I.S – qui a survécu à l’attaque d’Ultron en s’échappant sur Internet – dans le corps synthétique pour tenter de rectifier leurs erreurs avec Ultron. Pensant que Stark est sur le point de créer un nouvel Ultron, Captain America et les jumeaux tentent de l’arrêter mais Thor arrive et donne vie au corps avec un éclair. L’être synthétique s’avère être ami avec eux tandis que Thor explique que la gemme du Sceptre est la Gemme de l’Esprit – une des six Pierres d’Infinités, les plus puissants objets de l’univers – que Thor a vu dans ses hallucinations. Son pouvoir pourrait être un avantage pour les Avengers contre Ultron. Les jumeaux et l’être synthétique, qui prend le nom de « Vision », s’allient avec les Avengers et retournent en Sokovie pour mettre fin à la menace Ultron une bonne fois pour toutes.

Arrivés en Sokovie, les Avengers découvrent qu’Ultron s’est servi du vibranium et des technologies anti-gravitées Chitauri étudiées par HYDRA pour construire une machine qui soulève une grande partie de Novi Grad, la capitale Sokovienne, dans les airs. Son but est de le lever suffisamment haut pour recréer la chute d’un météore et causer une extinction massive. Pendant que Banner libère Romanoff, les Avengers évacuent les civils de la ville et affrontent l’armée robot d’Ultron. Toutefois, ils n’arrivent pas à évacuer tout le monde avant que la ville ne décolle. Fury et d’anciens agents du S.H.I.E.L.D, rejoints par War Machine arrive dans un Héliporteur pour aider à évacuer les derniers civils présents. Black Widow et Banner, désormais transformé en Hulk, arrivent dans le combat tandis que le reste de l’équipe converge vers le dispositif d’Ultron. Ici, ils neutralisent la plupart des drones d’Ultron et endommagent sévèrement son corps principal. En représailles, Ultron détourne le Quinjet des Avengers et tue Pietro, qui se sacrifie pour protéger Hawkeye et des civils. Hulk s’introduit dans le Quinjet et éjecte Ultron vers le sol. Il est retrouvé par Wanda et détruit. Un des drones d’Ultron désactive le dispositif, faisant chuter Novi Grad vers la Terre. Pendant que les autres Avengers s’échappent à bord de l’Héliporteur avec les civils évacués, Iron Man et Thor travaillent ensemble pour surcharger le dispositif et faire exploser l’immense rocher en de nombreux débris qui s’écrasent dans un lac. Hulk, recherchant de la paix après le combat, met Romanoff à l’abri et part dans le Quinjet. La conscience d’Ultron tente de s’échapper dans le dernier drone restant mais la Vision le confronte. Les deux échangent sur leurs idéaux avant que Vision ne le détruise, mettant fin à la menace Ultron.

Les Avengers s’installent dans une nouvelle base au nord de New York, dirigée par Nick Fury, Helen Cho, Maria Hill et Erik Selvig. Romanoff pense que Banner est mort car ils n’arrivent pas à localiser le Quinjet mais Fury lui assure qu’il est surement en vie. Pensant que la Gemme de l’Esprit est en sécurité avec Vision, Thor retourne sur Asgard pour en apprendre plus sur les Pierres d’Infinités, tandis que Barton et Stark se retirent de l’équipe. Captain America et Black Widow assemblent la nouvelle équipe des Avengers, constituée de Scarlet Witch, Faucon, War Machine et Vision.

Quelque part, Thanos enfile son Gantelet de l’Infini et commence sa quête pour trouver toutes les Pierres d’Infinités.

	Tony Stark / Iron Man		Steve Rogers / Captain America
	interprété par Robert Downey Jr.		interprété par Chris Evans
	Thor		Bruce Banner / Hulk
	interprété par Chris Hemsworth		interprété par Mark Ruffalo
	Natasha Romanoff / Black Widow		Clint Barton / Hawkeye
	interprétée par Scarlett Johansson		interprété par Jeremy Renner
	Nick Fury		Ultron
	interprété par Samuel L. Jackson		interprété par James Spader
	Pietro Maximoff / Vif-Argent		Wanda Maximoff / Sorcière Rouge (la)
	interprété par Aaron Taylor-Johnson		interprétée par Elizabeth Olsen
	Vision		James Rhodes / War Machine
	interprété par Paul Bettany		interprété par Don Cheadle
	Maria Hill		Erik Selvig
	interprétée par Cobie Smulders		interprété par Stellan Skarsgård
	Wolfgang von Strucker		Helen Cho
	interprété par Thomas Kretschmann		interprétée par Claudia Kim
	Ulysses Klaue		Sam Wilson / Faucon (le)
	interprété par Andy Serkis		interprété par Anthony Mackie
	Heimdall (illusion)		J.A.R.V.I.S.
	interprété par Idris Elba		voix de Paul Bettany
	Peggy Carter (illusion)		List
	interprétée par Hayley Atwell		interprété par Henry Goodman
	Laura Barton		Madame B. (illusion)
	interprétée par Linda Cardellini		interprétée par Julie Delpy
	F.R.I.D.A.Y.		Thanos (post-générique)
	voix de Kerry Condor		interprété par Josh Brolin
	Vétéran de la Seconde Guerre
	interprété par Stan Lee

Lieux

• New York, État de New York, États-Unis
  • ?Tour des Avengers
• Complexe des Nouveaux Avengers, État de New York, États-Unis
• Sokovie
  • ?Centre de Recherche d'HYDRA
  • Novi Grad
    • ?Église de Novi Grad
• Chantier de Récupération
• ?Johannesburg, Afrique du Sud
• Londres, Angleterre
  • ?Université de Londres?
  • Rivoli Ballroom (illusion)
• Eaux des Murmurs
• Ferme de Clint Barton
• Séoul, Corée du Sud
  • ?Centre de Recherche U-Gin Genetic
• Oslo, Norvège
  • ?Hub Internet du NEXUS
• Asgard (illusion)
• Chambre Rouge (illusion)
• Wakanda (mentionné)
• Hel (mentionné)
• Fidji (mentionné)
• Maison de Tony Stark (photo archivée)

Évènements

• Guerre contre HYDRA
  • ?Attaque contre le Centre de Recherche d'HYDRA
  • Bataille du Soudan
• Offensive d'Ultron
  • ?Attaque de la Tour des Avengers
  • Assassinat de Wolfgang von Strucker
  • Bataille du Chantier de Récupération
  • Duel de Johannesburg
  • Bataille de Séoul
  • Bataille de Sokovie
• Débarquements de Normandie (mentionnées)
• Invasion Chitauri (mentionnée)
  • Bataille de New York (mentionnée)
• Guerre d'Aldrich Killian (mentionnée)
  • ?Destruction de la Maison de Tony Stark (mentionnée)
• Second Conflit des Elfes Noirs (mentionné)
  • ?Convergence (mentionnée)
• Soulèvement d'HYDRA (mentionné)
  • ?Bataille du Triskelion (mentionnée)
• Guerre du Viet-Nam (photo archivées)

Objets

• Gantelet d'Infinité
• Pierres d'Infinités
  • ?Sceptre / Gemme de l'Esprit
  • Tesseract / Gemme de l'Espace (illusion)
  • Éther / Gemme de la Réalité (illusion)
  • Orbe / Gemme du Pouvoir (illusion)
• Bouclier de Captain America
  • ?Vibranium
• Uniforme de Captain America
• Mjølnir
• Arc et Flèches d'Hawkeye
• Morsure de Black Widow
  • ?Bâtons de Black Widow
• Veronica
• Armures d'Iron Man
  • Armure Mark XLIII
  • Armure Mark XLIV
  • Armure Mark XLV
• Armures de War Machine
  • Armure Mark II
• Réacteur ARC
• Sentinelles d'Ultron
• Armures Chitauri
• J.O.C.A.S.T.A.
• T.A.D.A.S.H.I.
• Caisson
• EXO-7 Falcon
• Trou de ver (mentionné)

Véhicules

• Moto de Captain America
• Moto de Black Widow
• Quinjet des Avengers
• Tank d'HYDRA
• Camion U-GIN
• Héliporteur n°64
  • ?Transporteurs
• Churchill

Espèces

• Humains
• Asgardiens
• Androïdes
• Chitauri (mentionnés)

Organisations

• Avengers
• HYDRA
• S.H.I.E.L.D.??
• U-GIN
• Stark Industries
• OTAN (mentionnée)
• Fondation de Secours de Stark (mentionnée)
• Intelligencia (dossier)

Mention

• Jane Foster
• Loki
• Odin
• Pepper Potts
• Soldat de l'Hiver
• Howard Stark
• Grand-père d'Ulysses Klaue (dossier)
• T'Chaka (dossier)
• Peggy Carter (illusion)
• Heimdall (illusion)
• Abraham Erskine (mention indirecte)
• Phil Coulson (mention indirecte)
• Grunhel
• Noah
• The Road Runner
• Banksy