Bu epik film, Marvel Sinematik Evreni'nin dördüncü aşamasının zirve noktası olarak kabul edilir ve "Yenilmezler: Sonsuzluk Savaşı" (2018) olaylarının hemen ardından başlar. Thanos'un Sonsuzluk Taşlarını kullanarak evrenin yarısını yok etmesinin ardından, Yenilmezler ekibinin hayatta kalan üyeleri kaybettikleri arkadaşlarını geri getirmek ve evreni kurtarmak için bir plan hazırlarlar.

Tony Stark (Iron Man), Steve Rogers (Captain America), Natasha Romanoff (Black Widow), Bruce Banner (Hulk), Thor ve diğer karakterler, geçmişe dönerek Sonsuzluk Taşlarını toplamak için zaman yolculuğu yaparlar. Bu süreçte eski anılarla yüzleşirler ve birbirleriyle olan bağlarını güçlendirirler.

Zaman yolculuğu teması, filmde önemli bir rol oynar ve izleyicilere önceki Marvel filmlerine gönderme yapılır. Filmin doruk noktası, Yenilmezler'in Thanos ile büyük bir savaşta karşılaşmasıdır. Tüm kahramanlar, kayıplarını telafi etmek ve dünyayı kurtarmak için bir araya gelirler. Bu büyük savaş, karakterlerin fedakarlıklarını ve güçlerini sonuna kadar test eder, finalde ise Marvel evreninin geleceğini şekillendiren önemli kararlar alınır.