《復仇者4》承接上一集，超級大反派魁隆為了平衡宇宙的計劃，取得六粒無限寶石後，彈指一下將宇宙一半人口毁掉，蜘蛛俠與黑豹等超級英雄齊齊灰飛煙滅。今集一開始，僅存的復仇者重新會合，商量如何對付魁隆及拯救已灰飛煙滅的人，但與美國隊長反目的鐵甲奇俠未有答允。Marvel隊長惟有與幾名復仇者找魁隆決一死戰，期間魁隆毁滅了無限寶石，故雷神雖將魁隆殺死，但無法將化灰的人起死回生。
五年後，蟻俠建議穿梭時空進行拯救行動，其中已與Pepper結婚誕女的鐵甲奇俠放下恩怨，與美國隊長和解，而重建聖域後變成終日打機飲酒的廢人雷神，亦在游說下再次出山。復仇者會合後，分三隊到三個不同時空奪回六粒無限寶石，幾經辛苦終於集齊寶石回到現在，由鐵甲奇俠製造無限手套，選定由力量強大的變形俠醫負責彈指。
不過，2014年的魁隆得知復仇者的計劃，令獵布拉使用時光機時，將魁隆與軍隊帶到2019年！雷神、鐵甲奇俠、美國隊長與魁隆激戰，奇異博士的傳送門突然打開，黑豹及妹妹Shuri等五年前化了灰的人在不同的傳送門回來。尾段進行一場無限手套大戰，期間魁隆再次奪回手套，與鐵甲奇俠一輪激鬥後成功彈指，但發現手套已沒有寶石，原來是鐵甲奇俠在打鬥時奪走寶石，並手指一彈將魁隆及其軍隊全部化為灰。可是作為普通人的鐵甲奇俠承受不了彈指的威力，最後在復仇者們的身邊死去。
決戰結束後，各復仇者回復正常生活，唯獨美國隊長穿梭時空後未回到現在，反而回到1970年與初戀情人結婚，並將美國隊長的盾牌交給飛隼，讓他接力做新一任美國隊長。
「美國隊長」於第一集未能與女友「Peggy」完成共舞之約，今集憑時空穿梭去到自己變大隻的舊地重見對方，最尾可以完成浪漫共舞場面，成為一大感動位。
今集有多場回到過去的場面，最驚喜是「變形俠醫」穿梭搵「奇異博士」拎寶石時，粒石原來由其師傅「古一」保管，最後成功打動對方取得寶石；雷神重返聖域界時，重遇已故母親，令他再度發憤。
「雷神」末段大戰時不慎甩掉「雷神之錘」，「美國隊長」竟然可以拎得起反救對方，「雷神」即說：「我都話你得o架啦！」呼應《復仇者2》眾復仇者分別試拎雷神之錘時，只有「美國隊長」可以郁少少。