Como actores principales encontraremos a los ya conocidos Robert Downey, Jr., Chris Evans, Mark Ruffalo, Chris Hemsworth, Scarlett Johansson, Jeremy Renner y Samuel L. Jackson. Además se incorporan nuevas caras, James Spader como Ultrón, Aaron Taylor-Johnson como Mercurio / Pietro Maximoff, Elizabeth Olsen como Bruja Escarlata / Wanda Maximoff y Thomas Kretschmann como el villano Baron von Strucker.
Cuando Tony Stark intenta reactivar un programa durmiente de mantenimiento de la paz, las cosas se ponen feas y los Héroes Más Poderosos de la Tierra, que incluyen a Iron Man, Capitán América, Thor, El Increíble Hulk, la Viuda Negra y Ojo de Halcón, deberán ponerse a prueba ya que está en juego el destino del planeta. Con la aparición del villano Ultrón, corresponderá a Los Vengadores la tarea de impedir sus terroríficos planes. No tardarán en surgir extrañas alianzas y giros inesperados que poblarán de acción esta epopeya absolutamente única.