Un an après les événements relatés dans Captain America : Le Soldat de l'hiver, qui ont vu la destruction du SHIELD, Tony Stark, avec l'aide de Bruce Banner, crée Ultron, une intelligence artificielle capable d'augmenter seule ses capacités, qui est censée protéger l'humanité de toutes les menaces potentielles et contrôler l'Iron Legion. Mais le plan de Stark se retourne contre lui lorsqu'Ultron décide que les principaux ennemis sont en fait les humains et s'emploie à les éradiquer de la surface de la Terre. Les Avengers se regroupent à nouveau pour lutter contre cette menace mortelle, tandis que trois nouveaux personnages apparaissent : les jumeaux Maximoff (Pietro et Wanda), d'abord ennemis puis alliés, et La Vision, une puissante entité créée durant le film