上世纪40年代，纳粹及其邪恶轴心的战火烧遍世界各个角落。居住在布鲁克林的小个子史蒂夫·罗格斯（克里斯·埃文斯 饰）心系国家，一心上阵杀敌，可是糟糕的体格让他始终被征兵办拒之门外。偶然的机会，在德籍科学家厄斯金博士（斯坦利·图齐 饰）的帮助下，这个小个子男孩得以走入兵营，并接受了博士的试验，化身成为高大健壮、膂力过人的超级战士。与此同时，德国纳粹红骷髅部队的首领约翰·施密特（雨果·维文 饰）依靠超自然的力量建立起一支超级战队，企图称霸全世界。
为了营救好友，史蒂夫以美国队长的形象闯入施密特的军营，正邪两大超级战士的战斗就此展开……

渐渐习惯了现代生活的美国队长史蒂夫·罗杰斯（克里斯·埃文斯 饰），在一次行动后隐隐嗅到神盾局内部所弥漫出来的凶险气味。而当得知神盾局正秘密进行的“洞察计划”后，他更为此感到愤怒。某天，神盾局指挥官尼克-法瑞（塞缪尔·杰克逊 饰）遭到一群武装分子袭击，他拼尽全力将一支U盘交到美国队长手中，这里面藏着该局二战以来最重要且最可怕的秘密。在此之后，美国队长因涉嫌杀害尼克而遭到前局长亚历山大·皮尔斯（罗伯特·雷德福 饰）的通缉和追杀，逃亡中他得到黑寡妇（斯嘉丽·约翰逊 饰）和退伍老兵“猎鹰”（安东尼·麦凯 饰）的帮助。他们必须争分夺秒解开神盾局的秘密，阻止“洞察计划”的施行……

为了应对愈演愈烈的温室效应，世界各国在2014年发射了代号CW-7的冷冻剂，谁知却将地球推入了万劫不复的极寒深渊。大多数的人类死于寒冷与恐慌，只有为数不多的数千人登上了威尔福德工业开发的列车，成为永不停歇的流浪者。这列火车借助威尔福德（艾德·哈里斯 Ed Harris 饰）开发的永动引擎，并且配备各种完备设施，在之后的十七年里构建了属于自己的独立生态系统，周而复始旋转在43.8万公里的漫长旅途中。生活在末尾车厢的底层人民一直饱受压迫，为了争取自由和权力，他们在过去发起过多次暴动，但无疑例外均以失败告终。这一次，拥有领袖气质的柯蒂斯（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）试图找到被囚禁的安保设计师南宫民秀（宋康昊 饰），借助他之手打开通往首节车厢的重重大门，推翻威尔福德的统治。新年伊始，一场血腥革命正在进行……
本片根据根据法国漫画《Le Transperceneige》改编。