Flere år efter hændelserne i Captain America: The First Avenger, arbejder den britiske agent Peggy Carter med dataanalyse og kodebrydning for Strategic Scientific Reserve. Mens hun søger efter den gådefulde "Zodiac," kæmper hun også mod sin kvindefjendske, bureaukratiske chef, agent John Flynn, der ikke mener, at kvinder har noget at gøre som hemmelige agenter.
