Capitã Marvel (Brie Larson), parte do exército de elite dos Kree, uma raça alienígena, encontra-se no meio de uma batalha entre seu povo e os Skrulls. Ao tentar impedir uma invasão de larga escala na Terra, em 1995, ela tem memórias recorrentes de uma outra vida, como Carol Danvers, agente da Força Aérea norte-americana. Com a ajuda de Nick Fury (Samuel L. Jackson), Capitã Marvel precisa descobrir os segredos de seu passado e pôr um fim ao conflito intergalático com os Skrulls.