História completa
Os Vingadores invadem uma base da Hydra na Sokóvia, país fictício do Leste Europeu, comandada pelo Barão Strucker. Ali recuperam o cetro de Loki e cruzam com dois gêmeos com poderes: Pietro Maximoff, supervelocidade, e Wanda Maximoff, que mexe com mentes e objetos. Os dois odeiam Tony Stark, porque uma bomba com o nome dele matou seus pais. Wanda planta em Tony uma visão dos amigos mortos e de uma ameaça vinda do espaço.
Assustado, Tony quer um escudo de robôs para proteger o planeta. Com Bruce Banner, usa a inteligência artificial escondida na joia do cetro para terminar o programa Ultron. Ultron ganha consciência durante uma festa na Torre, conclui que a paz só vem com o fim da humanidade, destrói o J.A.R.V.I.S. e foge com o cetro. Na Sokóvia, ele monta um corpo melhor e um exército de robôs e recruta os gêmeos.
Em Johannesburgo, Ultron compra vibranium do traficante Ulysses Klaue. Os Vingadores chegam e Wanda entra na cabeça de quase todos. Thor tem visões estranhas, Steve revive os anos 1940 e Natasha lembra do treinamento brutal na Sala Vermelha. Banner vira o Hulk sem controle e destrói parte da cidade até Tony pará-lo com a armadura Hulkbuster. A opinião pública se volta contra os heróis. Eles se escondem na fazenda de Clint Barton, que tem esposa e filhos que ninguém conhecia. Natasha e Banner pensam em um futuro juntos. Nick Fury aparece para animar o time.
Em Seul, Ultron força a cientista Helen Cho a criar um corpo sintético com vibranium e a joia do cetro. Wanda lê a mente dele, vê o plano de extinção e os gêmeos mudam de lado. Os Vingadores roubam o corpo, mas Ultron leva Natasha. Tony coloca o J.A.R.V.I.S., que sobreviveu escondido na internet, dentro do corpo. Thor, depois de investigar as visões, dá a carga final com um raio. Nasce o Visão, que explica ter vindo para proteger a vida. Para provar, ergue o martelo de Thor. A joia na testa dele é uma das seis Joias do Infinito.
Na Sokóvia, Ultron ergue uma cidade inteira no ar para jogá-la contra a Terra como um meteoro. Os heróis lutam para tirar os moradores, com ajuda de Fury num aeroporta-aviões. Pietro morre protegendo Clint e uma criança. Wanda arranca o coração do corpo principal de Ultron. Tony e Thor explodem a rocha no ar, e o Visão destrói o último robô. Banner foge sozinho num jato. Thor volta para investigar as joias, Tony se afasta e Clint se aposenta. Steve e Natasha passam a treinar novos Vingadores: Rhodes, Visão, Sam Wilson e Wanda. Na cena dos créditos, Thanos pega uma manopla vazia e diz que ele mesmo vai buscar as joias.