CAPTAIN MARVEL menyuguhkan aksi kosmik dan misteri identitas yang dibintangi oleh Brie Larson, Samuel L. Jackson, Jude Law, Ben Mendelsohn, dan Annette Bening. Film ini membawa kita ke tahun 1995 di planet Hala, pusat Kekaisaran Kree, tempat seorang anggota Starforce bernama Vers hidup dengan amnesia dan mimpi berulang tentang seorang perempuan yang tampak begitu familiar. Di bawah bimbingan Yon Rogg sebagai mentor dan komandan, Vers dilatih mengendalikan kekuatannya, sementara Supreme Intelligence terus menekankan bahwa emosi adalah sesuatu yang harus dikekang rapat.

Dalam misi penyelamatan agen yang menyusup ke kelompok Skrull, ras alien yang bisa berubah bentuk, Vers justru ditangkap komandan Skrull bernama Talos. Dari penyelaman memori, para Skrull menemukan petunjuk yang membawa mereka ke Bumi. Vers berhasil kabur dan mendarat darurat di Los Angeles, menarik perhatian agen S.H.I.E.L.D. Nick Fury dan Phil Coulson. Serangan Skrull membuat situasi kacau, namun Vers berhasil mendapatkan kristal berisi ingatan yang pernah diambil dari dirinya, sementara Fury menewaskan Skrull yang menyamar sebagai Coulson.

Talos yang menyamar sebagai atasan Fury memerintahkan Fury bekerja sama dengan Vers dan mengawasinya. Mengikuti petunjuk dalam ingatannya, Vers dan Fury menuju fasilitas Project Pegasus di pangkalan Angkatan Udara. Di sana terungkap bahwa Vers sebenarnya manusia bernama Carol Danvers, seorang pilot yang dinyatakan tewas pada 1989 saat menguji mesin berkecepatan cahaya karya Dr. Wendy Lawson, perempuan yang muncul dalam mimpinya. Saat S.H.I.E.L.D. datang, Fury sadar bahwa Keller adalah Talos yang menyamar dan membantu Vers kabur dengan pesawat prototipe milik Lawson, ditemani si kucing misterius Goose.

Pelarian itu membawa mereka ke Louisiana untuk bertemu Maria Rambeau, sahabat dan rekan pilot Carol, serta putrinya Monica yang menganggap Carol sebagai keluarga sendiri. Dari Maria dan Monica, Carol mulai merangkai kembali masa lalunya. Tak lama kemudian Talos muncul tanpa senjata, menjelaskan bahwa para Skrull sebenarnya adalah pengungsi yang mencari rumah baru untuk melarikan diri dari perang tidak adil yang dilancarkan Kree. Ia juga mengungkapkan bahwa Lawson sebenarnya adalah Mar Vell, ilmuwan Kree yang membelot demi melindungi para Skrull. Melalui rekaman kotak hitam pesawat Lawson, Carol akhirnya mengingat tragedi kecelakaan itu: Yon Rogg membunuh Mar Vell untuk menghentikannya menghancurkan mesin sebelum Kree bisa menguasainya. Carol yang mengambil alih menghancurkan mesin tersebut justru menyerap energinya, mendapatkan kekuatan luar biasa dan kehilangan seluruh ingatannya.