A aventura épica se inicia no planeta Terra nos dias de hoje até reino de Asgard. O Poderoso Thor é um arrogante guerreiro cujas ações intempestivas despertam uma guerra antiga. Como castigo, Thor é enviado à Terra e forçado a viver entre os mortais. Uma vez aqui, ele aprende o que significa ser um verdadeiro herói, depois que o vilão mais poderoso de seu mundo envia as forças negras de Asgard para invadir o planeta.

No mundo contemporâneo, o jovem cientista Will Rodman (James Franco) está a frente de um grupo de pesquisadores que desenvolvem experimentos genéticos em macacos. Uma de suas experiências é o símio César (Andy Serkis) que com sua super inteligência vai liderar uma rebelião contra os humanos.