Un an après les événements de Captain America : First Avenger, l’agent britannique Peggy Carter travaille dans l’analyse de données et le décryptage de codes pour la Section Scientifique de Réserve. Alors qu’elle recherche l’énigmatique Zodiaque, elle se bat également contre son patron misogyne et bureaucratique, l’agent John Flynn, qui pense que les femmes n’ont pas leur place dans le métier d’agent secret.