Scarlett Johansson

Captain Marvel

Carol Danvers/Captain Marvel - Brie Larson

Nick Fury - Samuel L. Jackson

Yon-Rogg - Jude Law

Talos/Keller - Ben Mendelsohn

Agent Phil Coulson - Clark Gregg

Ronan, der Ankläger - Lee Pace

Korath - Djimon Hounsou

Maria "Photon" Rambeau - Lashana Lynch

Steve Danvers - Colin Ford

Joseph Danvers - Kenneth Mitchell

Natasha Romanoff - Scarlett Johansson

Bruce Banner - Mark Ruffalo

James Rhodes - Don Cheadle

Steve Rogers - Chris Evans

Die Kriegerin Vers erwacht auf Hala, dem Hauptplaneten des Kree-Imperiums, wieder einmal aus einem Albtraum, in dem sie an der Seite einer älteren Frau in einer Schlacht kämpft. Yon-Rogg, ihr Commander, leitet sie im Training an, ihre außergewöhnlichen Kräfte, Photonenstrahlen, die sie aus ihren Händen abfeuern kann, unter Kontrolle zu bringen, die ihr von der Obersten Intelligenz auch wieder genommen werden könnten, sollte ihr dies nicht gelingen. Da ihr Imperium von einer Skrull-Invasion bedroht ist, die ihre Planeten übernehmen will, wird Vers gemeinsam mit Yon-Rogg, Minn-Erva, Bron-Char, Korath und Att-Lass auf eine Mission entsandt und sie besteigen ihr Raumschiff Helion. Sie sollen Soh-Larr retten, der als Spion tätig ist. Auf dem Planeten Torfa geraten sie in einen Hinterhalt. Vers wird von einer Gruppe Skrulls gefangen genommen, die die Gestalt von einheimischen Torfas angenommen haben. Talos, der Anführer der Gruppe, blickt mit Hilfe einer Maschine in ihre Erinnerungen. Gemeinsam mit Vers durchsucht er sogar ihre ihr selbst in Vergessenheit geratene Vergangenheit auf der Erde, als sie Kampfpilotin war, wie sie sich in der Ausbildung befand und weiter zurück, als sie noch ein junges Mädchen und ein Kind war. Besonderes Augenmerk legt er dabei auf ihre verloren geglaubte Erinnerung an Dr. Wendy Lawson, die Frau aus ihren Albträumen.

Vers kann sich befreien, bevor Talos alle ihre Erinnerungen mit ihr teilen kann. Bei ihrer Flucht stürzt sie ab und landet auf der Erde. Auch die Gruppe der Skrulls findet sich auf dem Planeten ein, den sie C-53 nennen, und sie nehmen die Gestalt von Menschen an. Vers kann Kontakt mit ihrem Commander aufnehmen, der sie anweist, an Ort und Stelle zu bleiben; sie jedoch möchte Dr. Lawson finden, bevor die Skrulls es tun. Als S.H.I.E.L.D.-Agent Fury die junge Frau zu den Geschehnissen befragt, glaubt er ihr zuerst kein Wort. Doch als er erkennt, dass einer der Skrulls die Gestalt seines Kollegen Coulson angenommen hatte, bemüht er sich um eine Zusammenarbeit mit Vers. Sie erzählt ihm von den Kree und ihrem Krieg mit den Skrulls und beginnt, ihre Erinnerungen an ihr früheres Leben auf der Erde aufzufrischen. Fury bringt sie in eine geheime Regierungseinrichtung, wo sie im Archiv auf Dr. Lawsons Pläne für den Lichtgeschwindigkeitsantrieb stoßen. Vers erkennt in Lawson eine Kree, da die Pläne Kree-Glyphen enthalten, die man bislang für den Beweis von Lawsons Verrücktheit hielt. Diese befand sich jedoch im Rahmen eines Undercover-Einsatzes auf der Erde. Talos hat Vers auch hier aufgespürt und verfolgt sie in der Gestalt von Furys Vorgesetztem Keller. Nachdem Fury in Keller den Feind erkennt, kann er mit Vers in einem Flugzeug aus der Einrichtung entkommen und sie entdecken Lawsons Katze Goose als blinden Passagier an Bord. Bei dem Besuch ihrer alten Pilotenkollegin Maria versucht Vers, weitere ihrer Erinnerungslücken zu schließen. Maria, die sie bereits ihr halbes Leben kennt, und deren Tochter Monica haben nach Vers' Unfall vor sechs Jahren ihre alten Sachen aufgehoben, darunter auch Kinderfotos, als sie noch die kleine Carol Danvers war, und einen Teil ihrer militärischen Erkennungsmarke, auf dem nur noch ihr Namensteil Carol Dan zu lesen ist.

Talos findet sie auch hier und macht ihr ein Angebot. In ihrer beider Interesse soll sich Vers die Aufzeichnung von einer Blackbox anhören, die sie von dem Planeten retten konnten, auf dem sie angeblich ums Leben gekommen war. Als sie die Aufnahme hört, erinnert sie sich wieder daran, was sechs Jahre zuvor geschehen ist: Bei einem gemeinsamen Testflug mit Dr. Lawson alias Mar-Vell hatte diese nach dem Absturz versucht, den Lichtgeschwindigkeitsantrieb zu vernichten, damit er nicht den Feinden in die Hände fällt. Jemand aus dem feindlichen Raumschiff, das den Absturz verursachte, tötete Lawson, weshalb Danvers selbst die Aufgabe zu Ende brachte. Statt von der Explosion getötet zu werden, ging die Kraft aus dem Energiekern auf die Pilotin über. Yon-Rogg hatte ihr nie hiervon erzählt, ebenso wenig, dass er der Angreifer war, der sie verfolgte und Lawson umbrachte. Um mehr über den Antrieb Lawsons zu erfahren, nahm er Carol mit, die – ihrer Erinnerung beraubt – von den Kree ausgebildet und studiert wurde. Anhand der zweiten Hälfte ihrer Erkennungsmarke, die nur noch aus der letzten Silbe ihres Namens Vers besteht, wurde sie benannt. Talos erzählt ihr, dass Dr. Lawson den Antrieb damals den Skrulls zur Verfügung stellen wollte, damit diese aus dem Machtbereich der Kree fliehen können und so auch der Krieg zwischen ihnen beendet wird.

Mit Hilfe der Koordinaten, die in der Aufzeichnung genannt werden, begeben sich die Skrulls gemeinsam mit Vers, Fury und Maria im modifizierten Flugzeug zu einem getarnten Labor in der Erdumlaufbahn. Vor der Katze Goose hat Talos unerklärlicherweise große Angst. Das Labor von Mar-Vell wird von einer Gruppe von Skrulls bevölkert, darunter auch Talos' Frau und sein Kind. An Bord der fliegenden Einrichtung befindet sich auch der Energiekern, der Tesserakt. Allerdings haben sie auch den Commander und seine Leute auf die Station aufmerksam gemacht, die zudem auf der Suche nach dem Tesserakt sind. Dieser wird jedoch von Goose verschlungen, die in Wirklichkeit keine Katze ist, sondern zur außerirdischen Lebensform der „Flerken" gehört. Als man Vers gefangen nimmt und sie auf die Oberste Intelligenz treffen lässt, erkennt sie, dass sie von den Kree bisher ihre Fähigkeiten betreffend belogen und kontrolliert wurde. Als sie den Supressor von ihrem Hals entfernt, erhält sie die volle Macht über ihre Kräfte, wodurch die Kree nun keine Chance mehr gegen sie haben. Selbst Bomben von einer herbeigerufenen Kree-Flotte, die die Erde vernichten sollen, kann sie unschädlich machen. Carol Danvers schickt den Commander mit der Botschaft zurück, sie werde bald zurückkommen und den Krieg beenden. Talos, seine Frau und ihr Kind kommen vorübergehend bei Maria unter.

Bevor Carol Danvers ihr Versprechen wahr macht und in das Kree-Imperium zurückkehrt, um eine neue Heimat für die Skrulls zu suchen, gibt sie Fury seinen Kommunikator zurück, den sie für Notfälle modifiziert hat, damit er sie auch über die Entfernung mehrerer Galaxien erreichen kann, falls er jemals ihre Hilfe braucht. Goose, der Flerken, der Fury nicht nur vor Kree-Kämpfern rettete, indem er sie verschlang, sondern Fury auch tiefe Kratzer am Auge zufügte, hat in seinem Büro ein neues Zuhause gefunden. Nachdem Danvers zusammen mit den Skrulls die Erde verlassen hat, plant Fury neue Helden für S.H.I.E.L.D. zu suchen. Er startet die von ihm genannte Avengers Initiative, nachdem er Danvers' Air-Force-Spitznamen „Avenger" auf einem alten Foto entdeckt hat.

In der Szene während des Abspanns sehen Steve Rogers, Natasha Romanoff, James Rhodes und Bruce Banner mit an, wie das Kommunikationsgerät, das Fury hinterließ, aufhört, das Signal zu senden. Sie rätseln, an wen das Signal gerichtet ist, als plötzlich Carol Danvers hinter ihnen steht und nach Fury fragt.

In der Post-Credit-Szene sieht man, wie Goose den Tesserakt auf Furys Tisch herauswürgt.