一对姐妹，大概五岁左右，在公园里玩耍。妹妹跌倒了，妈妈出现，对她说：疼痛让你变得更强。回到家，准备吃晚餐时，爸爸回到家。可是，晚餐后，爸妈命令两姐妹什么都不带，就上车去。爸爸说，全家将要来一场历险。姐姐似乎知道，他们正在逃亡。妹妹则期待眼前的冒险。他们来到一架小型飞机前。此时，警察追来。爸爸拿枪挡警察。妈妈驾驶飞机时，被子弹击中。姐姐被迫帮助妈妈起飞。千钧一发之时，爸爸上了飞机。他们来到古巴。妈妈被救护员抬走。两姐妹也被带离爸爸身边。从此，两姐妹进入了苏联的卧底训练中心。
多年后，妹妹变成了杀人机器。可是，在一次行动中，她被一个红色药剂喷醒。原来，她的意识一直被控制。她偷走药剂，希望能救醒更多的姐妹。
同时间，黑寡妇加入的英雄部队正面临内讧。她独自逃离美国政府的逮捕，来到一个偏僻的小屋。提供她资源的朋友从她的旧居拿了一个箱子给她。当晚，一个蒙面的铁人追捕她。黑寡妇发现了红色的药剂。她打不过铁人，但成功逃跑。黑寡妇带着药剂，来到旧居。
两姐妹重逢，还大打出手。妹妹责怪姐姐当年独自逃离“红室”，没有救她。姐姐以为自己杀死了“红室”的负责人。但妹妹说，没有。姐姐说，她一直为牵连到负责人的女儿而感到内疚。妹妹问姐姐，是否有寻找自己的家人。黑寡妇说，自己在成为她的姐姐之前，是被自己的亲身母亲抛弃在街头的。就在此时，还被控制的“红室”姐妹追来。铁人也出现。两姐妹成功潜逃，决定继续追杀“红室”负责人，并救醒所有的姐妹。
在黑寡妇的朋友的再次协助下，她们有了一架残破的飞机。他们启航去救当年的爸爸。因为，他是指向“红室”的唯一线索。原来爸爸是当年苏联的超能军人。但是，自从从美国逃到古巴后，他就被监禁在监狱里。两姐妹成功救出爸爸。可是，爸爸说自己不懂“红室”在哪里。爸爸说，只有妈妈才知道。两姐妹非常惊讶，原来当年的妈妈也没有死。
妈妈是一个科学家。是她提供了控制“红室”姐妹的科技。他们一家四口重聚。爸爸只提当年勇。妈妈则逃避世事。黑寡妇说自己清楚，当年在美国一起生活三年，其实只是一场假戏。可是妹妹却说，那是自己的童年，自己真心对待他们。妹妹非常伤心，拿着酒瓶，离开餐桌。爸爸追去。餐桌上剩下妈妈和姐姐。妈妈对黑寡妇说，其实她的亲身母亲一直在寻找她，只是被负责人阻止了。妈妈坦白对黑寡妇说，自己已经通知“红室”。姐妹们很快就会来逮捕她们。
结果，妈妈穿上黑色制服。黑寡妇和妹妹和爸爸都被逮捕了。妈妈出卖了她们。原来，“红室”一直隐藏得很好是因为，它的基地就在空中。
妈妈来到基地的中心，接见负责人。爸爸和姐姐都被囚禁。妹妹则被推到手术台，脑壳将被剖开。可是，负责人揭穿了妈妈的真面目。原来黑寡妇和妈妈戴上面具，调换了身份。黑寡妇尝试杀死负责人，但显然自己当初在“红室”时，脑袋已经被安装了程式，阻止她伤害负责人。负责人也袒露，当年自己没有死，连自己的女儿也没有死。铁人就是自己的女儿，也是被控制的杀人工具。其实，妈妈已经告诉了黑寡妇，如何破除自己脑袋的程式。时机到来时，黑寡妇出手伤害负责人。她追问负责人，自己的母亲是谁。负责人说，她的母亲已经死去，而且坟墓上没有名字。
另一边，爸爸和妹妹跟敌人激烈打斗。妈妈则负责去破坏基地的中心程序。“红室”的姐妹们赶来解救负责人。黑寡妇被她们缠身，让负责人跑了。妹妹突然出现，把红色药剂打破，救醒了所有的姐妹。黑寡妇要妹妹去追负责人，自己则尝试从电脑里取出世界各地的姐妹们的资料。
空中基地大爆炸。妹妹炸毁了负责人的飞机，自己却往下掉。黑寡妇拎着一个降落扇，跳下去救妹妹。两人安全降落。到达陆地，发现铁人还在追杀她们。黑寡妇成功用药剂喷醒铁人。黑寡妇真诚地为当初牺牲她而道歉。负责人的女儿反而感谢她把自己从负责人手中解救出来。
爸爸和妈妈也成功乘上了一辆飞机。妈妈有点受伤，但无碍性命。
美国政府很快就要抵达灾难现场。被她们救醒的姐妹们出现。黑寡妇让爸爸、妈妈和妹妹跟随她们离开。她独自面对美国政府。
过不久，黑寡妇又让自己的朋友提自己找一架飞机。黑寡妇说：过去她以为自己没有家人，却突然间多了两个家。她决定去解决英雄部队的家人。