Bei einem Einsatz wird die Kree-Soldatin Vers (Brie Larson) von den Skrull gefangengenommen. Als die Gestaltenwandler auf Anweisung ihres Kapitäns Talos (Ben Mendelsohn) versuchen, mit einer Maschine Informationen aus dem Gehirn ihrer Geisel herauszuziehen, kann Vers mit einer Fluchtkapsel entkommen, woraufhin sie anschließend in den USA der 1990er Jahre durch das Dach einer Videothek kracht. Während die S.H.I.E.L.D.-Agenten Nick Fury (Samuel L. Jackson) und Phil Coulson (Clark Gregg) erst einmal alles daransetzen, die vermeintliche Außerirdische zu fangen, findet Vers schon bald heraus, dass sie offenbar schon einmal auf diesem Planeten war und unter dem Namen Carol Danvers als Kampfpilotin für das US-Militär gearbeitet hat...

20 Jahre ist es her, dass Aliens die Erde attackierten und die Hälfte der Bevölkerung auslöschten. Vor allem der mutigen Mission des Piloten Steven Hiller und des Satellitentechnikers David Levinson verdanken wir es, dass die Außerirdischen 1996 besiegt wurden - tragischerweise kam Hiller dann 2007 ums Leben, als er einen Alien-Hybrid-Fighter testete. Und 2016 wird er umso mehr vermisst, als sich die Warnung des Ex-Präsidenten Whitmore bewahrheitet und die Außerirdischen einen neuen, noch verheerenden Angriff starten! Die Menschheit, die in bis dato nie gekannter Einigkeit ein mit Alien-Technologie erweitertes Verteidigungssystem schuf, steht vor ihrer größten Herausforderung. Die Hoffnungen ruhen auf den jungen Kampfpiloten Jake und Dylan, dem Sohn des verstorbenen Steven Hiller...