Tại Paris, Diana Prince nhận được bức ảnh của chính cô và bốn người đàn ông vào thời Thế chiến thứ nhất do Bruce Wayne gửi đến, cô bắt đầu hồi tưởng lại quá khứ của mình. Tại hòn đảo Themyscira xa xôi, vùng đất của người Amazon, Công chúa Diana bé nhỏ ước mơ trở thành một chiến binh hùng mạnh. Mẹ cô là Nữ hoàng Hippolyta đã kể cho cô nghe câu chuyện năm xưa thần chiến tranh Ares tìm cách hủy hoại nhân loại và giết những vị thần khác trừ thần Zeus (Ares và Diana là anh em cùng cha khác mẹ, đều là con của thần Zeus). Với một chút sức mạnh còn sót lại, thần Zeus đã làm Ares bị thương và để lại cho những người Amazon một thứ vũ khí có khả năng tiêu diệt Ares nếu ông ta quay lại. Diana rất tin câu chuyện mẹ kể và được dì Antiope huấn luyện kỹ lưỡng.

Năm 1918, Diana cứu mạng anh chàng phi công Steve Trevor - một điệp viên Mỹ được cài vào Đế quốc Đức - sau khi máy bay của anh bị rơi xuống vùng biển Themyscira. Người Amazon tiêu diệt hết quân lính Đức đang đuổi theo Steve. Dì Antiope bị chết vì đứng ra đỡ đạn để bảo vệ cô cháu Diana. Trả lời cuộc thẩm vấn của những người Amazon khi bị trói bằng Dây thừng Sự thật, Steve tiết lộ rằng anh là điệp viên phe Đồng minh trong Thế chiến thứ nhất và đã ăn cắp cuốn sổ ghi chép công trình chế tạo khí độc giết người của Tiến sĩ Isabel Maru thuộc phe phát xít Đức. Tại một phòng thí nghiệm ở Đế quốc Ottoman, Đại tướng Erich Ludendorff và Tiến sĩ Maru đang chế tạo một loại khí độc mới dựa trên khí lưu huỳnh mù tạt để chống lại quân Đồng minh. Tin rằng Ares đã tạo ra cuộc chiến tranh này, Diana xin phép mẹ cho cô rời khỏi đảo Themyscira để cùng với Steve đi tìm Ares.

Về đến Luân Đôn, Steve vào tòa nhà quốc hội để đưa cuốn sổ của Maru cho các cấp trên của mình, bao gồm Ngài Patrick Morgan, người đang cố thương lượng việc đình chiến với nước Đức. Steve tin rằng Ludendorff sẽ hoàn thành nghiên cứu và sử dụng khí độc giết người hàng loạt bất chấp lệnh ngừng bắn. Diana kết luận Ludendorff chính là Ares và nếu giết chết hắn sẽ chấm dứt chiến tranh. Steve và Diana quyết định ra mặt trận để ngăn chặn Ludendorff. Steve rủ thêm ba người bạn thân đi cùng là gián điệp Sameer, xạ thủ bắn tỉa Charlie, và Tù trưởng Napi (người da đỏ châu Mỹ). Đến Mặt trận phía Tây ở Bỉ, nhóm bạn bị ngăn chặn bởi tuyến phòng thủ dày đặc súng máy của quân Đức, cho đến khi Diana dùng sức mạnh phi thường của mình vượt qua tuyến phòng thủ này, giúp đỡ lực lượng Đồng minh giải phóng một thị trấn khỏi sự chiếm đóng của quân Đức. Diana và nhóm bạn ăn mừng sự tự do của người dân thị trấn, và Diana nảy sinh tình yêu với Steve.

Nhóm bạn biết được Ludendorff sẽ tham dự một bữa tiệc tại một lâu đài gần đó, Steve và Diana thâm nhập vào bên trong lâu đài. Diana định giết Ludendorff nhưng Steve ngăn cản cô vì anh chưa tìm ra phòng thí nghiệm của Maru. Ludendorff sau đó ra lệnh bắn khí độc vào thị trấn gần đó khiến người dân bị giết hại. Diana đã nổi giận vì Steve can thiệp không cho cô giết Ludendorff. Trong cơn thịnh nộ, Diana đuổi theo Ludendorff đến căn cứ quân Đức, nơi khí độc được đưa lên máy bay ném bom để chuẩn bị tấn công Luân Đôn. Diana chiến đấu và giết chết Ludendorff, nhưng hoang mang khi thấy cái chết của hắn vẫn chưa chấm dứt chiến tranh. Ngài Patrick Morgan xuất hiện tiết lộ rằng ông ta chính là Ares thật sự. Ông ta nói rằng mặc dù ông ta đã đưa ra những ý tưởng và cảm hứng cho loài người, nhưng cuối cùng họ quyết định dùng đến bạo lực vì họ vốn đã tham nhũng. Diana và Ares lao vào đánh nhau, Ares cố gắng thuyết phục Diana rằng loài người không xứng đáng được cô cứu giúp khỏi chiến tranh, và tiết lộ rằng cô - người con gái của thần Zeus và Hippolyta - chính là một thứ vũ khí. Khi Diana giao chiến với Ares, nhóm bạn của Steve đã phá hủy phòng thí nghiệm của Maru. Steve cũng cướp chiếc máy bay ném bom có chứa khí độc và hi sinh thân mình cho nổ tung máy bay ở độ cao an toàn cách xa khu dân cư. Cảm động trước sự hi sinh của Steve và những lời tình cảm cuối cùng anh dành cho cô trước đó, Diana đã thu gom sấm sét để kết liễu Ares và giúp loài người thoát khỏi cuộc chiến tranh. Trở về Luân Đôn, nhóm bạn tổ chức lễ kỷ niệm ngày kết thúc chiến tranh.

Thời điểm hiện tại, Diana gửi email cảm ơn Bruce Wayne vì đã gửi bức ảnh của cô và Steve. Cô khẳng định sứ mệnh của mình là tiếp tục làm siêu anh hùng bảo vệ nhân loại và bay lên không trung.[6]