Captain america: the first avenger bercerita tentang seorang pria muda bernama steve rogers (chris evans) yang memiliki tubuh mungil dan kurus, namun memiliki keinginan dan tekad besar untuk membela negaranya dan mendaftar menjadi tentara amerika serikat. Namun sayang, steve yang dipandang tak memiliki kekuatan untuk menjadi tentara ditolak selama empat kali. Di perjalanan pulang, ia pun menonton film di sebuah bioskop dan iri pada pemeran utamanya yang memiliki tubuh proposional layaknya pahlawan super. Namun ia terlibat perkelahian dengan seseorang dan dipukuli di sebuah gang kecil saat perjalanan pulang. Steve kemudian ditolong oleh teman baiknya, james “bucky” barnes (sebastian stan), yang memiliki tubuh lebih besar dan proposional dari steve.
Di suatu tempat di tonsberg, norwegia, pada tahun 1942, sebuah tempat peninggalan bangsa viking diserang oleh agen nazi yang sedang menyerang kota. Mereka membunuh salah satu penjaganya dan langsung menggeledah tempat tersebut untuk menemukan tesseract, sebuah sumber energi tak terbatas yang bersinar bewarna biru. Setelah mengancam penjaga yang satunya, salah satu agen nazi, johann schmidt (hugo weaving), yang juga menjadi pemimpin dari hydra, menemukan tesseract yang asli dan membawanya pergi untuk proyek senjata perangnya.
Setelah membantu steve dari preman yang memukulinya, bucky kemudian mengajak steve untuk merayakan keberhasilannya diterima menjadi tentara bersama dua teman wanitanya. Namun saat berada di perjalanan, keempatnya melewati world’s fair di queens. Steve tertarik dengan sebuah stand penerimaan anggota namun diragukan oleh bucky bahwa steve akan diterima pada usaha kelimanya ini. Tak sengaja mendengar percakapan steve dan bucky, dr. Abraham erskine (stanley tucci), menemukan bahwa steve memiliki tekad dan kemauan yang sangat kuat. Ia pun menerima steve di stand penerimaan anggota tersebut.
Steve dan beberapa orang lain yang diterima kemudian dilatih dan diuji lagi untuk dapat menjadi sukarelawan dari program super soldier pemerintah yang akan membuat sukarelawan memiliki kekuatan super seperti dewa.
Steve akhirnya terpilih karena memiliki hati yang tulus dan kemauan yang paling kuat, dan ia pun berhasil melewati prosedur program.
Kini steve menjadi pria dewasa yang jauh lebih tinggi, memiliki tubuh yang besar dan berotot, serta memiliki kemampuan yang super. Namun bersamaan dengan kekuatan baru yang dimilikinya, ia harus langsung menggunakannya untuk mengalahkan hydra dan menghentikan rencana jahatnya pada dunia. Pada akhir kisah, steve yang terjatuh ke dalam bongkahan es lalu menjadi beku dan berhasil bertahan hidup hingga ditemukan di tahun 2011, dan menjadi anggota avenger pertama.