Dopo aver abbandonato la propria vita sulla Terra, Carol Danvers (Brie Larson) si unisce alla Starforce, il reparto d'elite intergalattico della civiltà aliena dei Kree, guidato dall'enigmatico, molto stimato comandante Yon-Rogg (Jude Law) che diventerà suo mentore. Una volta terminato l'addestramento, si ritrova nuovamente sulla Terra, con nuove domande sul proprio passato. Attira presto l'attenzione di Nick Fury (Samuel L. Jackson), agente dello S.H.I.E.L.D, insieme al quale dovrà lavorare per sconfiggere un comune nemico formidabile: i famigerati Skrull, resi ancora più pericolosi dalle loro abilità di mutaforma.