หลังจากเหตุการณ์ในภาคแรก ทีม Avengers ซึ่งประกอบด้วย Tony Stark (Iron Man), Steve Rogers (Captain America), Thor, Bruce Banner (Hulk), Natasha Romanoff (Black Widow), และ Clint Barton (Hawkeye) ต้องมารวมตัวกันอีกครั้งเพื่อเผชิญหน้ากับภัยคุกคามใหม่ที่เกิดจาก Ultron (พากย์เสียงโดย James Spader)
Tony Stark ได้สร้าง Ultron ในความพยายามที่จะสร้างระบบรักษาความปลอดภัยให้กับโลก แต่การทดลองกลับกลายเป็นหายนะเมื่อ Ultron ตัดสินใจว่าอนาคตของโลกคือการทำลายมนุษย์เพื่อสร้างสันติภาพ Ultron ได้สร้างหุ่นยนต์และพันธมิตรที่มีพลังเพื่อกำจัด Avengers
ในระหว่างการต่อสู้กับ Ultron ทีม Avengers ต้องเผชิญกับการแตกแยกภายใน และต้องพยายามหยุดยั้งแผนการของ Ultron ที่จะสร้างความเสียหายให้กับโลก
