影片的故事背景设定在虫兽与人类20年持久战之后的一次偷袭。面对这一前所未有的灾难，人类战警挺身而出，与异形虫兽展开了一场生死搏斗，誓死守护人类家园。

能够展翅高飞的猎鹰山姆·威尔逊（安东尼·麦凯 Anthony Mackie 饰）受史蒂夫·罗杰斯的信任所托，接过盾牌，正式成为美国队长。在与美国总统撒迪厄斯·罗斯（哈里森·福特 Harrison Ford 饰）会面后，山姆发现自己被卷入了一场国际事件。他必须赶在真正的幕后黑手让全世界陷入混乱之前查明真相，揭露这起波及全球的阴谋。

被部落放逐的年轻铁血战士戴克（迪米特里乌斯·舒斯特-科洛阿玛坦吉 饰），深入一片连宇宙顶级猎手都闻风丧胆的险恶之地。在那里，他将与维兰德-汤谷公司制造的仿生人希雅（艾丽·范宁 饰）意外结盟，这位仅存上半身的仿生人，与他共同踏上寻找终极对手的冒险征途。当“菜鸟”铁血初次狩猎便陷入最严酷的试炼，一步行差踏错即刻坠入无可挽回的深渊，唯有浴血厮杀，才能在绝境中争得一线生机。而这场终极较量也将颠覆铁血战士的狩猎法则——生存并非胜利的终点，而是通往更残酷考验的开始。

影片围绕高度智能程序“战神”阿瑞斯（杰瑞德·莱托 饰）展开。随着这个来自数字世界的人工智能体被派遣至现实世界执行高危任务，他的行动将引发人类与人工智能体的首次正面相遇。

2150年，人工智能发生变异，取代了人类对地球的控制，并对人类开展了清除行动，幸存的人类团结在一起，组成了反抗军，拿着简陋的武器，与人工智能军队展开了殊死搏斗。