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Kamala Khan ist eine sechzehnjährige Pakistani-Amerikanerin aus Jersey City, glühender Avengers-Fan und besonders von Captain Marvel begeistert. In der Schule und zu Hause fühlt sie sich oft fehl am Platz; ihr Alltag dreht sich um ihren YouTube-Kanal „Sloth Baby Productions“, eine verpatzte Führerscheinprüfung und den bevorstehenden Hochzeitstrubel ihres Bruders Aamir.
Von ihrer Großmutter erhält Kamala eine Kiste mit alten Sachen, darunter ein geheimnisvoller goldener Armreif, den ihre Mutter Muneeba achtlos beiseitelegt. Kamala will unbedingt zur ersten AvengerCon und dort im Captain-Marvel-Kostüm auftreten. Da ihre Eltern es verbieten, plant sie mit ihrem Freund Bruno, sich heimlich davonzustehlen – und nimmt den Armreif mit.
Auf der Convention aktiviert der Armreif unerwartet Kräfte in ihr: Kamala kann „hartes Licht“ formen. Auf der Bühne von Blitzlichtern geblendet, löst sie damit Chaos aus. Als ein riesiges Mjölnir-Requisit ihre Mitschülerin Zoe zu treffen droht, rettet Kamala sie mit ihrer neuen Fähigkeit.
Bruno bringt Kamala nach Hause, wo ihre erzürnte Mutter bereits wartet und sie ermahnt, ihre Tagträume aufzugeben. Kamala jedoch liegt fasziniert von ihrer kosmischen Gabe auf dem Bett. In einer Szene während des Abspanns entdecken die Damage-Control-Agenten P. Cleary und Sadie Deever Aufnahmen des Vorfalls und beschließen, eine Zeugin vorzuladen.
Nach ihrem Auftritt auf der AvengerCon trainiert Kamala gemeinsam mit Bruno ihre neuen Kräfte. Bruno findet heraus, dass die Kraft nicht aus dem Armreif, sondern aus Kamala selbst stammt – der Reif setzt sie nur frei. In der Schule tritt Kamala mit neuem Selbstbewusstsein auf und verliebt sich auf den ersten Blick in den neuen Schüler Kamran. Bruno, der insgeheim für Kamala schwärmt, reagiert eifersüchtig und trägt zugleich schwer an einem Studienangebot des CalTech, das ihn wegziehen würde.
Kamran gibt Kamala Fahrstunden im schicken Wagen seines Onkels. Als Aamir und dessen Verlobte Tyesha die beiden erwischen, gibt Kamala Kamran kurzerhand als entfernten Cousin aus. Beim Abendessen erzählt Vater Yusuf die Familiengeschichte rund um Kamalas Urgroßmutter Aisha, die während der Teilung Indiens für Schande gesorgt haben soll. Der Armreif reagiert, Kamala sieht eine geheimnisvolle, in Licht gehüllte Frau und wird ohnmächtig.
Kamala forscht nach ihrer Herkunft – ein Anruf bei Großmutter Sana bleibt ergebnislos, und beim Eid-Fest erfährt sie von den „Aunties“ nur widersprüchliche Gerüchte über Aisha. Parallel kandidiert ihre Freundin Nakia für den Vorstand der Moschee, um dort etwas zu verändern.
Unterdessen erzählt Zoe in den sozialen Medien von ihrer Rettung durch eine unbekannte Heldin. Das ruft die Abteilung für Schadenskontrolle auf den Plan: Die Agenten Cleary und Deever verhören Zoe und richten ihre Ermittlungen daraufhin gezielt auf südasiatische Viertel und Moscheen.
Beim Eid-Fest muss Kamala im Captain-Marvel-Kostüm eingreifen, als der Junge Hameed beim Selfie von einem Turm zu stürzen droht. Eine erneute Vision bringt sie kurz aus dem Konzept, doch sie rettet ihn. Auf der Flucht stellt die Schadenskontrolle sie mit Drohnen – im letzten Moment retten Kamran und seine Mutter Najma sie. Najma erweist sich als die geheimnisvolle Frau aus Kamalas Visionen und erklärt, sie habe lange auf Kamala gewartet.
Ein Rückblick ins Jahr 1942 zeigt, wie Najma, Aisha, Fariha und Saleem in einem Tempel im britisch beherrschten Indien einen Armreif an einem toten Kree finden. Sie stammen aus einer anderen Dimension und wollen mit seiner Hilfe zurückkehren; Aisha weist darauf hin, dass sie einen zweiten Reif brauchen. Als die britische Armee anrückt, werden sie getrennt, und Aisha entkommt mit dem Reif.
In der Gegenwart erklärt Najma Kamala Khan, dass sie und ihre Gefährten aus der Noor-Dimension verbannte Wesen sind, die man Clandestines oder Dschinn nennt, und dass auch Aisha zu ihnen gehörte. Der Armreif könnte ihnen die Rückkehr ermöglichen, weshalb Najma Kamala um Hilfe bittet. Kamala sagt zu, doch Bruno warnt sie, dass eine interdimensionale Reise gefährlich sein könnte; sie bittet Kamran um mehr Zeit. Najma jedoch will nicht warten und beschließt, Kamala zur Hilfe zu zwingen.
Während Kamalas Bruder Aamir seine Verlobte Tyesha heiratet, taucht Kamran auf der Feier auf, um Kamala vor den anderen Clandestines zu warnen. Kamala, Bruno und Kamran werden überwältigt, als Najma den Armreif berührt und damit eine Vision von einem Zug auslöst. Agenten der Behörde für Schadenskontrolle (DODC) treffen ein und nehmen die Clandestines fest, darunter auch Kamran.
Kamala und Bruno können fliehen, doch Nakia beobachtet, wie Kamala ihre Kräfte einsetzt, und fühlt sich verraten. Anschließend meldet sich Kamalas Urgroßmutter Sana: Auch sie hat die Vision des Zuges gesehen und besteht darauf, dass Kamala und Muneeba sie in Karatschi besuchen.
Kamala reist mit ihrer Mutter Muneeba nach Karachi, wo sie von den Cousins und ihrer Großmutter Sana empfangen wird. Sana eröffnet ihr, dass sie von einem Djinn abstammt – ihre Urgroßmutter Aisha –, und dass der Armreif Sana einst während der Teilung Indiens das Leben rettete: Ein Zug, wie ihn Kamala in ihren Visionen sieht, führte das Mädchen damals zurück zu ihrem Vater.
Am Bahnhof von Karachi wird Kamala von einem jungen Mann namens Kareem angegriffen, der das „Noor“ in ihr spürt. Er gehört zu den Red Daggers, einer Gemeinschaft, die die Menschen vor fremden Wesen wie Najma schützt. Kareem bringt Kamala zu ihrem Anführer Waleed, der ihre Familiengeschichte kennt. Waleed erklärt, dass ein Schleier aus Noor die verborgene Dimension der Clandestines von der Erde trennt – reißen sie ihn mit dem Armreif nieder, bricht ihre Welt über die unsere herein.
Während Kamala mit Waleed und Kareem ihre Kräfte zu beherrschen lernt, gelingt Najma und ihrer Gruppe der Ausbruch aus dem DODC-Hochsicherheitsgefängnis; Kamran lassen sie zurück, weil er Kamala geholfen hat. Zugleich tragen Muneeba und Sana einen alten Konflikt aus, in dem die Tochter der Mutter Vernachlässigung vorwirft.
Najmas Gruppe durchbricht das Glasdach und greift das Trio an. Es folgt eine Verfolgungsjagd durch die Stadt – erst in Fahrzeugen, dann zu Fuß. Waleed opfert sich, um Kamala zu schützen, und wird von Najma erstochen; auch mehrere Clandestines kommen im Kampf um.
In die Enge getrieben, blockt Kamala Najmas Speerstoß mit ihrem Armreif ab. Dadurch reißt ein Riss im Gefüge der Welt auf, und Kamala stürzt durch ein Portal. Sie erwacht auf einem überfüllten Bahnsteig voller panischer Menschen – zurückversetzt ins Jahr 1947, in die Zeit der Teilung Indiens, den Ursprung des generationsübergreifenden Traumas ihrer Familie.
Ein dokumentarischer Rückblick führt ins Jahr 1942: Während Indiens Unabhängigkeitskampf lernt der Blumenhändler Hasan die geheimnisvolle Aisha kennen, die vor Najma und den ClanDestines flieht. Die beiden werden ein Paar und bekommen eine Tochter, Sana. Mit der näher rückenden Teilung Indiens 1947 wächst die Diskriminierung der Muslime; schließlich spürt Najma Aisha auf und fordert den Armreif, um in ihre Heimatdimension zurückzukehren.
Aus Angst um ihre Familie drängt Aisha zur Flucht nach Pakistan. Am überfüllten Bahnhof gesteht sie Hasan ihre Magie und lässt ihn schwören, Sana um jeden Preis in den letzten Zug zu setzen. Hier laufen beide Zeitebenen zusammen: Najmas Eingriff auf den Armreif hat Kamala genau an diesen Bahnhof in die Vergangenheit zurückversetzt.
Aisha trennt sich von Hasan und Sana, um sie zu schützen, doch Najma ersticht sie. Sterbend spricht Aisha den Zauber „What you seek is seeking you“ — dieselben Worte, die in Kamalas Armreif eingraviert sind. Kamala findet die sterbende Aisha, erreicht dann die von Hasan getrennte Sana und leitet das Kind mit ihren Lichtplattformen zu ihm zurück. Sana verwandelt das Licht in Sterne — dieselben Sterne aus Nanis Erzählung. So begreift Kamala, dass sie selbst und nicht Aisha Sana in jener Nacht zu Hasan führte.
Zurück in der Gegenwart hat sich der Schleier zwischen der Erde und der Noor-Dimension geöffnet. Als Fariha hindurchtreten will, löst sie sich auf; der Schleier destabilisiert und schleudert zerstörerische Energie umher, während Kamala Unbeteiligte abschirmt. Najma opfert sich, um das Portal zu schließen, und ruft dabei Kamrans Namen — ein Teil der Energie aktiviert dessen eigene Kräfte.
Muneeba und Nani erleben Kamalas Kräfte mit, und Muneeba erkennt, dass ihre Tochter das „Lichtmädchen“ aus den Nachrichten ist. Kamala übergibt Nani Aishas Foto als Beweis. Beim Abschied schenkt Kareem ihr seinen roten Schal, und Muneeba findet die zerbrochene Kette in Form des künftigen Ms.-Marvel-Emblems. Zum Schluss sucht der um seine Mutter trauernde Kamran Zuflucht bei Bruno; eine DODC-Drohne spürt ihn auf, und beide entkommen nur knapp, als Brunos Wohnung explodiert.
Während Bruno und der mit seinen neuen Kräften ringende Kamran auf der Flucht sind, lässt Damage-Control-Agentin Sadie Deever Jersey City abriegeln und will Kamran lebend fassen. Kamalas Familie steht derweil geschlossen hinter ihren Fähigkeiten. Von Nakia erfährt Kamala von Brunos Lage und stellt aus einem Geschenk ihrer Mutter Muneeba und dem Tuch des Red-Dagger-Mitglieds Kareem ihr Kostüm zusammen.
Kareem rät ihr, Kamran bis Mitternacht zu den Docks zu bringen, wo seine Kontakte ihn außer Landes schmuggeln sollen. Gemeinsam mit Nakia, Kamalas Bruder Aamir und Zoe Zimmer schmieden sie einen Plan, um die Agenten aufzuhalten. Als Deever trotz eines Rückzugsbefehls die Highschool stürmen lässt, in der sich die Jugendlichen verstecken, ruft Zoe per Video die Nachbarschaft zu Hilfe.
Die Menge versammelt sich vor der Schule und verlangt den Abzug der Behörde. Die DODC nimmt alle fest außer Kamala und Kamran; als Deever auf Kamran feuert, schützt Kamala ihn und wehrt die Agenten mit ihren Kräften ab. Von Trauer und seinen Kräften überwältigt, gerät Kamran außer Kontrolle, bis Kamala ihn beruhigt und ihm die Flucht zu den Docks ermöglicht. Die Gemeinschaft deckt auch Kamalas Rückzug.
Deever wird wegen ihres Ungehorsams entlassen. Kamala wird zur gefeierten Heldin und erhält über ihren Vater Yusuf den Namen „Ms. Marvel“. Kamran erreicht Pakistan, wo Kareem ihn aufnimmt. Eine Woche später eröffnet Bruno Kamala, dass er die Familie-DNA untersucht hat: Sie unterscheidet sich von ihrer Familie und trägt eine Mutation in den Genen — begleitet vom kurz aufklingenden Thema der X-Men-Zeichentrickserie.
In einer Mid-Credit-Szene tauschen Kamala und ihr Idol Carol Danvers die Plätze, nachdem Kamalas Armreif seltsam aufleuchtet.