Câu chuyện trong Avengers: Age of Ultron xoay quanh cuộc chiến giữa nhóm siêu anh hùng gồm Iron Man, Captain America, Thor, Hulk, Black Widow… chống lại người máy Ultron, một sản phẩm “lỗi” do chính Người Sắt tạo ra. Đây là trí tuệ nhân tạo siêu việt, có khả năng làm chủ bản thân với khao khát hủy diệt nhân loại để “làm lại từ đầu”.

Do sơ suất của Tony Stark, gã thoát ra ngoài, làm mưa làm gió và khiến cho biệt đội Avengers đau đầu tìm cách đối phó. Không chỉ hành động đơn độc, Ultron còn chiêu mộ thêm cặp song sinh Wanda và Pietro Maximoff, một người có ma thuật điều khiển ý nghĩ và sự vật, một người sở hữu siêu tốc độ, để hỗ trợ gã.

Cùng lúc đó, nội bộ nhóm Avengers không hề yên ả. Bị Wanda Maximoff thôi miên, những bí mật trong quá khứ các siêu anh hùng cũng như sự khác biệt quan điểm khiến mối quan hệ tập thể rạn nứt. Dù vẫn sát cánh bên nhau chống lại kẻ thù chung, mầm mống bất hòa bên trong nhóm cứ ngày một lớn dần thêm.