《复仇者联盟4》剧情总结如下：
故事开端：鹰眼一家原本其乐融融，但家人突然消失，鹰眼陷入崩溃。钢铁侠的狙击部队仅剩他和星云存活，燃料库被毁，氧气不足，他用损坏头盔给小辣椒留下遗言后陷入沉睡，梦中被惊奇队长唤醒。惊奇队长将飞船带回地球，复仇者联盟残党召开会议，星云提供灭霸线索，众人找到隐居的灭霸，此时灭霸已毁掉原石且身体虚弱，被雷神砍头，复活队友的希望破灭。
蚁人回归与计划启动：五年后，蚁人因老鼠触碰按钮从量子领域脱身，发现世界巨变，女儿平安长大。他找到黑寡妇和队长，提出利用量子领域回到过去复活队友。钢铁侠起初拒绝，后在小辣椒劝解下加入实验，绿巨人参与其中。众人召集剩余伙伴，惊奇队长因任务缺席。
穿越取石行动：
蚁人、托尼、美队、绿巨人一组回到复联一时代，绿巨人试图抢夺古一法师的时间宝石被秒杀，后以“未来奇异博士主动交出宝石”说服法师，获得时间宝石。美队、蚁人、托尼从神盾局骗取魔方和权杖，因绿巨人搅局魔方被洛基偷走，三人再次穿越到1970年，托尼见父亲，美队见恋人，取回魔方。
雷神和浣熊去拿现实原石，雷神见母亲并拿回锤子，浣熊从雷神前女友身体中抽出原石。
战争机器和星云去拿力量原石，未来星云记忆与过去星云互通，被灭霸发现，过去的星云代替未来的星云回到现实。
鹰眼和寡妇去取灵魂宝石，被告知需死一人，寡妇主动赴死换来宝石。
复活与最终决战：六颗宝石集齐，绿巨人打响指救回所有人，自己变得虚弱。假星云召来灭霸，飞船轰炸基地，美队、雷神、托尼迎战灭霸，美队盾牌被打烂。灭霸召部下欲毁灭宇宙，博士开传送门，所有战力回归混战。惊奇队长秒杀飞船，灭霸抢回手套，抠下力量宝石打飞惊奇队长，托尼和博士密谋偷走宝石，托尼打响指，灭霸和手下灰飞烟灭，托尼牺牲。
结局与余韵：葬礼后，美队送回宝石，放弃能力和身份，过上晚年生活。片尾美队在过去时空与爱人共舞。惊奇队长、绯红女巫战斗力爆表，小蜘蛛抢戏，宅男雷神和合体绿巨人承包笑点，洛基在回忆中露面，卡魔拉未复活但过去的卡魔拉继续生存，幻视、黑寡妇、钢铁侠、美队离开复联，片尾无彩蛋。
