Từ xa xưa, hai tộc Kree và Skrulls đã xảy ra cuộc chiến tranh kéo dài rất lâu, gọi là Chiến tranh Kree–Skrull. Với trình độ kĩ thuật phát triển, người Kree dần áp đảo trong cuộc chiến và khiến cho số lượng người Skrulls bị giảm đi đáng kể.

Năm 1995, Vers thức giấc tại Hala, quê hương của Đế chế Kree. Cô luôn bị ác mộng về một vụ rơi máy bay, và về một người phụ nữ bị sát hại trước mặt mình. Trí nhớ của cô dừng lại tại thời điểm cô đạt được sức mạnh của mình. Cô được Yon-Rogg, thủ lĩnh của Starforce huấn luyện để trở thành thành viên của đội. Mặc dù Yon-Rogg tin rằng cô đã sẵn sàng nhưng Supreme Intelligence, một trí tuệ nhân tạo có vai trò điều hành Đế chế Kree lại không cho cô gia nhập đội, nơi mà có Minn-Erva - một xạ thủ bắn tỉa và các cộng sự Korath, Bron-Char và Att-Lass.

Đội Starforce nhận nhiệm vụ giải cứu Soh-Larr, một đặc vụ ngầm của Kree khỏi hành tinh Torfa, nơi mà người Skrulls đang chiếm đóng. Toàn đội bị Skrulls mai phục dưới sự chỉ huy của Tướng Talos. Vers tìm thấy Soh-Larr nhưng sau đó cô phát hiện đó chính là Talos đang giả dạng. Cô bị bắt trong khi cả đội đã kịp rút lui. Tại đây, Talos tìm thấy kí ức bị xóa của cô và chiết suất nó thành tinh thể. Sau đó, cô định bỏ trốn và bị bốn người Skrull đuổi theo, trong đó có tướng Talos. Trong cuộc truy đuổi, họ đã bị rơi máy bay xuống Trái Đất, tại thành phố Los Angeles.

Sự hiện diện của cô tại Trái Đất đã gây chú ý đến hai Đặc vụ của S.H.I.E.L.D, Nick Fury và Phil Coulson, những người đang điều tra về vụ tấn công của Skrulls. Trong khi truy đuối Skrulls, Vers tìm thấy mảnh tinh thể chứa kí ức của cô. Talos, lúc này đang ngụy trang thành Keller, giám đốc của S.H.I.E.L.D. đã thuyết phục Fury gặp và làm việc với Vers.

Khi làm việc với Fury, Vers đã phát hiện cô đã từng là phi công của Không quân Hoa Kì, cô được cho là đã chết 6 năm trước sau vụ thí nghiệm được tạo ra bởi Tiến sĩ Wendy Lawson, người mà cô thấy trong cơn ác mộng, cô còn nhớ lại mình có một người bạn là Maria Rambeau, cũng là một cựu phi công. Hai người bị Talos truy đuổi, mang theo chú mèo Goose, vật nuôi cũ của Lawson rồi bay đến Orleans, bang Louisiana để gặp Rambeau.Khi Talos tìm đến cũng là lúc Vers phát hiện ra tên thật của mình là Carol Danvers. Talos nói rằng người Skrulls đang tìm một nơi ở mới, chạy trốn khỏi sự truy đuổi của Starforce, tiến sĩ Lawson, một đặc vụ hai mang của Kree hoạt động dưới cái tên Mar-Vell lúc này đã giúp người Skrulls tị nạn bằng thiết bị của mình. Talos phát lại đoạn băng ở hộp đen máy bay của tiến sĩ Lawson, Danvers đã nhớ lại những gì đã xảy ra: Một vụ ám sát đã được dàn dựng bởi Yon-Rogg và Starforce nhắm vào Mar-Vell. Trước khi bị giết, bà đã phá hủy thiết bị của mình. Cũng trong vụ nổ đó, Carol Danvers đã vô tình hấp thụ được sức mạnh từ nguồn năng lượng nhưng lại đánh mất đi kí ức của mình.

Yon-Rogg xuống Trái Đất để tiếp cận Danvers nhưng hắn kịp nhận ra đó là Skrull giả dạng và kết liễu hắn. Trong khi đó, Danvers, Fury, Talos, Maria và Goose tìm đến phòng thí nghiệm của Mar-Vell tại không gian, đưa Talos đoàn tụ với gia đình. Cô phát hiện được nguồn năng lượng của mình chính là ở khối Tesseract. Ngay sau đó cô chạm trán với đội Starforce, trong cuộc chiến này, cô đã gặp mặt Supreme Intelligence và đã phá hủy thiết bị kìm hãm sức mạnh của mình.

Trận chiến nổ ra, Fury đã nhận ra Goose không phải là loài mèo mà là loài Flerken, một giống loài ngoài hành tinh có khả năng nuốt được mọi vật. Goose nuốt khối Tesseract để bảo vệ. Danvers nhanh chóng đánh bại Starforce, trong khi người Skrulls bỏ chạy thành công. Minn-Erva định bắn hạ chiếc Quadjet nhưng bị Rambeau phá hủy phi thuyền và bị giết.

Yon-Rogg cầu cứu Ronan đem quân cứu viện xuống Trái Đất. Danvers nhanh chóng đánh bại đội quân của Ronan. Tại Trái Đất, Yon-Rogg và Danvers đối mặt với nhau. Hắn nhanh chóng bị đánh bại và bị bắn trở về Hala với lời cảnh báo rằng cô sẽ quay lại.Cuộc chiến kết thúc, Fury bị Goose lấy mất con mắt. Danvers cùng người Skrulls đi tìm ngôi nhà mới. Trước khi rời khỏi Trái Đất, cô đưa cho Fury một chiếc máy truyền tin để sử dụng vào trường hợp khẩn cấp. Đặc vụ Coulson và Fury trở lại Los Angeles sau khi tìm thấy trụ sợ mới, Fury quyết định đặt tên trụ sở là "Avenger" để vinh danh Danvers.

Ở đoạn mid-credits vào năm 2018, Danvers tìm đến trụ sở của Agenvers.Tại đây cô gặp Bruce Banner, Steve Rogers, Nathasha Romanoff và James Rhodes, những người đã tìm thấy máy truyền tin của Nick Fury đang được kích hoạt sau sự kiện Infinity War.[N 1][N 2] Đoạn post-credits là cảnh flash-black vào năm 1995, khi mà Goose đã nôn ra viên Tessaract lên bàn làm việc của Fury.