电影讲述了漫威漫画中最神秘的女超级英雄的起源故事。急救护工凯茜（蜘蛛夫人，达科塔·约翰逊 Dakota Johnson 饰）因一场意外发现自己能够预知未来，在探寻能力起源的过程中，她与三位蜘蛛女的命运紧密联结在一起。面对反派“毒蜘蛛”以西结的追杀，蜘蛛夫人试图找明原因。穿梭在时间线中的她们将如何利用预知未来的能力改变世界命运
影片围绕间谍小说作家叶利·康威（布莱丝达拉斯·霍华德 Bryce Dallas Howard 饰）的作品展开。叶利的小说讲述神秘特工阿盖尔（亨利卡维尔 饰）及其瓦解全球间谍集团的任务，而小说中的情节却意外开始与真实间谍组织的秘密行动出现惊人的一致。在特工艾登（山姆·洛克威尔 Sam Rockwell 饰）的陪同下，叶利带着猫咪阿尔菲（Chip 饰）穿越世界，竭力赶在间谍组织的杀手们行动之前化解危机，此时小说的虚构世界与现实之间的界限开始变得模糊不清。随之而来的是一场跨越全球的冒险。