Die von den hochentwickelten Kree zur Soldatin ausgebildete „Vers“ (Brie Larson) stürzt nach einem Kampf im Weltraum auf der Erde ab. Gerade noch hat sie mit der Elite-Einheit Starforce und deren Anführer (Jude Law) für die Sicherheit im All gekämpft, nun ist sie allein auf einem fremden Planeten, der ihr dennoch merkwürdig vertraut vorkommt. Denn sie wird von Visionen und Träumen geplagt, die auf ein früheres Leben auf der Erde hindeuten. Als sie auf den jungen S.H.I.E.L.D.-Agenten Nick Fury (Samuel L. Jackson) trifft, macht sie sich mit diesem daran, das Geheimnis ihrer Herkunft zu entschlüsseln. Sie erfährt, dass ihr bürgerlicher Name Carol Danvers ist und sie ursprünglich von der Erde stammt. Und diese gilt es nun zu verteidigen. Denn: Die Erzfeinde der Kree haben den Planeten infiltriert. Ein Spionage-Trupp der außerirdischen Rasse der Skrulls hat sich unter Führung des skrupellosen Talos (Ben Mendelsohn) dank ihrer Gestaltenwandlerfähigkeiten unbemerkt unter die menschliche Bevölkerung gemischt und es scheint als könne nur Carol die Bedrohung aufhalten...