Gli Avengers si sono divisi in due fazioni durante la Guerra Civile, inoltre Hulk e Thor erano impegnati tra lo spazio e Asgard, ma ora una minaccia spaventosa sta per unire di nuovo I loro destini, intrecciandoli anche con quelli dei Guardiani della Galassia. Thanos è infatti deciso a entrare in possesso delle sei gemme dell'infinito il cui combinato potere gli può permettere di riscrivere la realtà a suo piacere, mettendo in pericolo non solo la Terra, ma le fondamenta stesse dell'universo. Il villain interpretato da Josh Brolin attraverso la magia del performance capture era già apparso al termine del primo Avengers e brevemente in Guardiani della galassia. Ora entrerà finalmente in scena, ma non sarà solo: al suo fianco avrà infatti quattro potenti personaggi, che nel film dovrebbero essere suoi figli adottivi come Nebula e costituiscono il suo Black Order: Corvus Glaive, Proxima Midnight, Ebony Maw e Cull Obsidian, cui daranno le fattezze, probabilmente via computer graphic, Terry Notary e Tom Vaughan-Lawlor e altri attori non ancora rivelati.

La vicenda di Thanos, che è la principale novità nonché il motore dell'intero film per come lo descrivono i Russo, prenderà spunto da due saghe a fumetti in particolare: "Infinity Gauntlet" e "Infinity". Nella prima, scritta nel 1991 da Jim Starlin e disegnata da George Perez e Ron Lim, il Titano innamorato della Morte entrava in possesso di tutte e sei le gemme dell'infinito e annientava in un sol colpo la popolazione di metà dell'intero universo, sgominando più volte i piani degli eroi. Nella seconda miniserie, scritta da Jonathan Hickman e disegnata da Jim Cheung, Jerome Opeña e Justin Weaver nel 2013, Thanos arrivava sulla Terra per la prima volta accompagnato dal suo Black Order.