داستان از جایی شروع می‌شود که دکتر استرنج (با بازی بندیکت کامبربچ) درگیر پیامد اتفاقات قبلی خود می‌شود. او با یک دختر نوجوان به نام آمریکا چاوز (با بازی زوچیتل گومز) ملاقات می‌کند که توانایی سفر بین چندجهانی را دارد. این قدرت باعث می‌شود گروه‌ها و موجودات مختلف به دنبال اوباشند.

واندا ماکسیموف معروف به اسکارلت ویچ (با بازی الیزابت اولسن)، که اکنون به‌طور کامل تسخیر کتاب دارک‌هولد و قدرت‌های تاریک آن شده است، تصمیم می‌گیرد چندجهانی را دستکاری کند تا بتواند فرزندان خود که در دیگر جهان‌ها وجود دارند، دوباره به دست آورد. او برای این کار قصد دارد قدرت آمریکا چاوز را بگیرد، حتی اگر این امر باعث مرگ آمریکا شود.

دکتر استرنج هم‌زمان با واندا وارد جنگ می‌شود و در جریان داستان به جهان‌های مختلف سفر می‌کند؛ از جمله جهان 838، جایی که نسخه‌های دیگر خودش و همچنین شخصیت‌های مشهوری نظیر پروفسور ایکس (پاتریک استوارت)، رید ریچاردز (جان کرازینسکی) و گروهی به نام ایلومیناتی حضور دارند.

در طول داستان، مسائل اخلاقی پیچیده‌ای درباره کارهایی که برای نجات جهان باید انجام داد و پیامدهای دستکاری در قوانین طبیعی مطرح می‌شود. در پایان، دکتر استرنج با استفاده از نسخه تاریک خودش و قدرت دوستان جدید، سعی در متوقف کردن اسکارلت ویچ و حفظ چندجهانی می‌کند.