2029年3月某日，某国大使馆遭到一群经大规模义体改造的武装分子的入侵，众多外国使节及其同侪眷属沦为人质，事态十万火急。草薙素子（坂本真绫配音）召集巴特（松田健一郎配音）、陀古萨（新垣樽助配音）等得力属下，并制定了周密的营救计划。谁知当一切都按部就班进行之时，意外突然发生。与此同时，距离大使馆不远的一座摩天大楼内，日本首相遭到密码箱炸弹的暗杀，素子之前的上司陆军501机关的机关长库露兹（浅野麻由美饰）也在爆炸中丧生。经过缜密追查，素子等人发现一种能够篡改记忆的病毒正在网络蔓延，而她的身世居然和一连串的事件有着密切联系。危机当前，阴谋悄然复出水面……本片根据士郎正宗的同名原作改编，系《攻壳机动队》诞生25周年纪念作品。

资深特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯TomCruise饰）也有百密一疏时刻，他在接收最新任务时遭到神秘组织“辛迪加”的暗算落入对方手中。辛迪加是一支由全球各地前特工组成的秘密组织，此前一直被CIA视为空穴来风。在对方成员伊莎·福斯特（丽贝卡·弗格森RebeccaFerguson饰）的帮助下，伊森逃出生天，并及时向威廉•布莱德（杰瑞米·雷纳JeremyRenner饰）汇报了辛迪加确切存在的消息。然而此时布莱德的日子并不好过，他负责的IMF机构因俄罗斯核弹头等事件遭到CIA指控并责令解散。在得知该组织密谋刺杀奥地利总统时，伊森联系上了老搭档班吉·邓恩（西蒙·佩吉SimonPegg饰）展开行动，并于谜样女郎伊莎再度相会。接下来的一连串事件中，辛迪加的真面目逐渐揭开，而他们也终于显露出真实的目的……

　　六年前，拥有绝世本领的焰众忍者虎影（斋藤工 饰）与月影（芳贺优里亚 饰）坠入爱河，后者更怀上了虎影的孩子。然而焰众首领东云幻斋（椎名英姬 饰）绝不允许手下有这种叛逆之举，于是对二人进行严刑拷打。在遭受了残酷的折磨后，虎影夫妇一路逃亡，最终在某个偏远山村落脚，和他们的儿子孤月过着与世无争的平凡生活。这一日，东云派出忍者前往耶严藩偷窃金银秘卷，谁知却遭遇对方殊死抵抗，最终只拿到了银卷。为了得到金卷，东云找到虎影夫妇，并且绑架了二人的儿子来要挟他们潜入耶严城。
　　为了营救最爱的孩子，夫妇俩只得再入血雨腥风的江湖，投身于连绵不断的忍者大战之中……

　　某日，布莱恩（约翰尼·梅辛纳 Johnny Messner 饰）孤身一人在广袤无垠的沙漠之中醒来，失去了记忆的他不知道自己身处何地，为何在此，甚至不知道自己究竟是谁，有着怎样的身份和过去。他唯一的陪伴是身边躺着的八具尸体，以及塞满了可卡因和钞票的两辆面包车。
　　很快，大毒枭马特奥（丹尼·特乔 Danny Trejo 饰）以及他的爪牙便找上了布莱恩，很显然，可卡因和钱都和马特奥有着不可撇清的关联。除此之外，正义感慢慢的缉毒警探洛克（杜夫·龙格尔 Dolph Lundgren 饰）正摩拳擦掌，想要将布莱恩捉拿归案，与此同时，贪婪腐败的警长奥尔森（迈克尔·帕尔 Michael Paré 饰）亦将布莱恩视作自己最大的阻碍。

　　托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）试图重启一个已经废弃的维和项目，不料该项目却成为危机导火索。世上最强大的超级英雄——钢铁侠、美国队长（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）、雷神（克里斯·海姆斯沃斯 Chris Hemsworth 饰）、绿巨人（马克·鲁弗洛 Mark Ruffalo 饰）、黑寡妇（斯嘉丽·约翰逊 Scarlett Johansson 饰）和鹰眼（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰），不得不接受终极考验，拯救危在旦夕的地球。神秘反派奥创（詹姆斯·斯派德 James Spader 配音）逐渐崛起，超级英雄们必须重新集结，竭力阻止奥创实施人类灭绝计划。战斗中，复仇者联盟成员们还遇到了两个新人物——旺达·马克西莫夫（伊丽莎白·奥尔森 Elizabeth Olsen 饰）和皮特罗·马克西莫夫（亚伦·泰勒-约翰逊 Aaron Taylor-Johnson 饰），以及以全新面目归来的老朋友——幻视（保罗·贝坦尼 Paul Bettany 饰）。
　　世界秩序濒临崩溃，复仇者联盟必须阻止奥创的阴谋。强敌不断出现，一场空前绝后的全球浩战即将展开……