Twee jaar nadat de leden van S.H.I.E.L.D. de wereld hebben gered (zie The Avengers) is Steve Rogers (Chris Evans) alias Captain America full time in dienst van deze bijzondere organisatie die wereldwijd terrorisme probeert te bestrijden.
En S.H.I.E.L.D. is in deze moderne wereld, waarin Steve nog steeds zijn plek probeert te vinden, heel hard nodig.
Een nieuwe bedreiging komt vanuit een oude vijand, want leden van HYDRA, de nazi-organisatie waar Steve eerder tegen heeft gestreden (zie Captain America: The First Avenger) zijn geïnfiltreerd binnen S.H.I.E.L.D. en Steve komt samen met Natasha Romanoff (Scarlett Johansson) alias Black Widow voor een nagenoeg onmogelijke taak te staan waarin ze moeten beletten dat HYDRA de macht naar zich toetrekt en daarbij miljoenen onschuldige slachtoffers maakt.