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...

In Azeroth, dem Reich der Menschen, herrscht seit vielen Jahren Frieden. Doch urplötzlich sieht sich seine Zivilisation von einer furchteinflößenden Rasse bedroht. Ork-Krieger haben ihre, dem Untergang geweihte, Heimat Draenor verlassen, um sich andernorts eine neue aufzubauen. Als sich ein Portal öffnet, um die beiden Welten miteinander zu verbinden, bricht ein unbarmherziger und erbitterter Krieg um die Vorherrschaft in Azeroth los, der auf beiden Seiten große Opfer fordert. Die vermeintlichen Gegner ahnen jedoch nicht, dass bald schon eine weitere Bedrohung auftaucht, die beide Völker vernichten könnte. Statt sich zu bekämpfen, müssen sie nun zusammenhalten. Ein Bündnis wird geschlossen und zwei Helden, ein Mensch, Anduin Lothar, und ein Ork, Durotan machen sich gemeinsam auf den Weg, dem Bösen im Kampf entgegenzutreten - für ihre Familien, ihre Völker und ihre Heimat.

Die Kaiju, monströse außerirdische Kreaturen, erheben sich aus dem Meer und ziehen in einen Krieg gegen die Menschheit, der Unzählige das Leben kosten und die Reserven der Erde bis in alle Zeit aufbrauchen könnte. Um die Kaiju zu bekämpfen, wird eine spezielle Waffe hergestellt: Gigantische Roboter namens Jaeger, die durch zwei Piloten gesteuert werden, deren Gehirne durch eine neurale Brücke ebenfalls miteinander verknüpft werden. Jedoch scheinen selbst die ausgeklügeltsten Waffen an den übermächtigen Aliens zu scheitern. In ihrer Ratlosigkeit wenden sich die Streitkräfte der Erde an den abgehalfterten Ex-Piloten Raleigh Antrobus und seine unerfahrene Novizin Mako Mori, die ein scheinbar schlecht ausgerüstetes, älteres Modell der Jaeger gegen die Kaiju in den Kampf führen sollen. Die beiden werden zur letzten Hoffnung gegen die übermächtige apokalyptische Gewalt aus dem All.