Brie Larson protagoniza en el papel titular, junto a Jude Law, Ben Mendelsohn, Lashana Lynch, Gemma Chan, Lee Pace, Clark Gregg, Annette Bening y Samuel L. Jackson.

En 1995, en el planeta Hala, capital del Imperio Kree, la guerrera y miembro de la Fuerza Estelar Vers sufre de pesadillas recurrentes que involucran a una mujer mayor.

Yon-Rogg, su mentor y comandante, le advierte mientras entrenan que controle sus habilidades, y a su vez la Inteligencia Suprema, una inteligencia artificial orgánica que actúa como gobernante Kree, la insta a mantener sus emociones bajo control.

Durante una misión para rescatar a un agente Kree encubierto que se infiltra en un grupo de Skrulls forasteros con quienes los Kree han estado luchando durante siglos, Vers es secuestrada por el comandante Skrull Talos y es sujetada a la fuerza en una sonda de memoria.

Ella logra escapar y sin darse cuenta pilota una nave a la Tierra estrellándose violentamente contra el techo de un Blockbuster en Los Ángeles.

Nick Fury y Phil Coulson, cuya investigación se ve interrumpida por un ataque Skrull.

Cuando Talos se enfrenta a ellos, los dos escapan en un avión de carga con el gato de Lawson, Goose, y se van a Nueva Orleans, donde Rambeau vive con su hija Mónica.

Entonces, Talos lleva al grupo a una nave encubierta que orbita la Tierra, donde varios Skrull están protegiendo el Teseracto, que era la fuente del núcleo de energía.

Danvers, ahora con todo su potencial, destruye sin ayuda varios misiles balísticos disparados por el oficial Kree Ronan el Acusador, lo que obliga a él y sus fuerzas a retirarse del planeta, aunque antes de escapar, Ronan jura regresar algún día por Danvers.

Ya acabada la batalla, Fury juguetea con Goose, hasta que el gato se impacienta y termina arañándolo en el ojo y provocándole progresivamente la pérdida de este (siendo este el origen de cómo Fury perdió la vista de su ojo).

El presidente de Marvel Studios, Kevin Feige, declaró que Larson fue elegida porque "tiene la capacidad de equilibrar los vastos poderes del personaje con su humanidad y defectos que se pueden relacionar".

Además, Robert Kazinsky, Vik Sahay, Colin Ford y Chuku Modu participan en papeles secundarios.

[3]​ Chris Evans, Scarlett Johansson, Mark Ruffalo y Don Cheadle aparecen como Steve Rogers, Natasha Romanoff, Bruce Banner y James Rhodes en una breve escena a mediados de los créditos.

[4]​ El productor Louis D'Esposito declaró más tarde ese año que el estudio estaba interesado en una película de superhéroes dirigida por mujeres, diciendo que tenían muchos "personajes femeninos fuertes" entre los cuales elegir y sugirió a Ms.

Marvel, a Viuda Negra, Pepper Potts o Peggy Carter como posibles candidatas.