Главная героиня картины, Кэрол Дэнверс (Бри Ларсон), впервые предстала в комиксах в 1968 году. Дослужившись до майора ВВС США, Кэрол начала работать на Ника Фьюри, пока однажды взрыв психомагнетонного устройства не привёл к трансформации Дэнверс в гибрид человека и Крии из-за слияния её генетической структуры со структурой ДНК Мар-Велла (Джуд Лоу). Так Кэрол Дэнверс получила сверхчеловеческие силы, способность проецировать энергию и летать, став Мисс Марвел, а позднее Двойной Звездой и новым Капитаном Марвел.

Действие сюжета развернётся в 1990-х годах, поэтому нас ждёт появление более молодого Ника Фьюри, причём в этот раз Сэмюэл Л. Джексон появится без фирменной повязки – его персонаж будет полностью зрячим. Центральными злодеями выступят Скруллы – межгалактическая раса зелёных гуманоидов, а также заклятых врагов Крии, способных превращаться в живые организмы и предметы. Вторжение Скруллов на Землю возглавляет зловещий Талос (Бен Мендельсон).