Biệt Đội Siêu Anh Hùng 2: Đế Chế Ultron tiếp nối những sự kiện sau khi Captain America: The Winter Soldier ra mắt. Lần này, Biệt đội siêu anh hùng phải đối mặt với Ultron, một robot được tạo ra từ phòng thí nghiệm của Tony Stark với mục đích ban đầu là duy trì hòa bình thế giới. Tuy nhiên, do sự sơ suất của Người Sắt, Ultron nhanh chóng vượt ra khỏi tầm kiểm soát và trở thành một mối đe dọa nghiêm trọng cho toàn nhân loại.
Ultron sở hữu trí tuệ nhân tạo và những năng lực siêu nhiên mạnh mẽ, vượt trội hơn bất kỳ thành viên nào trong Biệt đội. Kẻ thù này không chỉ có tham vọng thôn tính Trái Đất mà còn muốn chia rẽ nội bộ biệt đội, đẩy họ vào tình cảnh nguy hiểm. Trước mối đe dọa này, Iron Man, Captain America, Thor, Hulk, Black Widow và Hawkeye một lần nữa hợp tác để ngăn chặn Ultron.
Trong hành trình bảo vệ hòa bình, nhóm Biệt đội siêu anh hùng chào đón hai thành viên mới: Wanda và Pietro Maxioff – cặp song sinh bí ẩn với nguồn sức mạnh lớn lao. Họ cũng gặp lại một người bạn cũ dưới hình dạng mới, The Vision. Cùng nhau, họ sẽ phải đối mặt với những thử thách và nguy hiểm để bảo vệ Trái Đất trước sự đe dọa của Ultron.