前美国空军飞行员卡罗尔·丹弗斯被外星种族克里人改造为超级战士“惊奇队长”，因记忆被篡改而效忠克里帝国。在一次对抗变形种族斯克鲁人的任务中，她意外坠落到1990年代的地球，与年轻的神盾局探员尼克·弗瑞联手调查真相。随着记忆碎片逐渐拼凑，她发现自己曾是人类试飞员，而克里人一直利用她摧毁斯克鲁人——这个所谓的“侵略者”实则是被克里人迫害的逃亡难民。当克里领袖至高智慧试图夺取斯克鲁人找到的宇宙坐标时，卡罗尔才意识到真正需要保护的东西。