多年来守护高谭市的蝙蝠侠于三年前神秘失踪，被许多市民认定已死，市长麦可·阿金斯授权雅各·凯恩和他成立的“乌鸦保全队”保护城市。现今，阿金斯市长举行晚宴准备关闭蝙蝠信号，但新的犯罪团伙“仙境帮”在领袖爱丽丝带领下袭击晚宴，绑走雅各最好的部下苏菲·摩尔。雅各疏远的亲生女儿凯特在外进行五年的艰苦生存训练，希望能被父亲认可并加入保全队，从她的继妹玛莉来电得知前女友苏菲被绑架后提早回到高谭。由于雅各不愿让她冒险，凯特便私下调查，得知爱丽丝犯案在针对她的父亲。

凯特来到弃置的韦恩塔楼试图动用她的表兄布鲁斯·韦恩的资源，首先遇到负责看管大楼的路克·福克斯，随后找到连通地下蝙蝠洞的暗门后得知布鲁斯就是蝙蝠侠。凯特童年时目睹母亲和妹妹贝丝坠桥身亡，对没有救她们的蝙蝠侠非常反感，如今知道布鲁斯的身份而百感交集。但为了救出苏菲，凯特活用她近年来学的武艺知识，临时换上一件合身的蝙蝠装，成功击破爱丽丝安排的炸弹危机并救出苏菲。目睹一切的市民怀疑是蝙蝠侠再现，凯特取得爱丽丝的一把随身蝴蝶刀，发现上面镶有她与贝丝共同佩戴的诞生石项链上的独有红宝石，让她猜疑爱丽丝就是贝丝。

如同她所猜测，身为贝丝的爱丽丝除了怨恨父亲雅各弃自己不管以外，决心将失散的姐姐凯特拉拢过来。

凯特针对爱丽丝就是妹妹贝丝的猜疑，在她跟父亲雅各之间产生摩擦，雅各一口咬定贝丝已死去多年，希望凯特不要再做无畏追寻。但凯特仍然打算调查，来到保全队总部拜托苏菲帮忙化验爱丽丝蝴蝶刀上的DNA，但两人随即在总部停车场遭到一群疑似是爱丽丝党羽攻击，而对方仅抢走小刀后立即逃跑。凯特得知一名爱丽丝党羽因受伤而来到玛莉瞒着父母开办的地下诊所包扎伤口，于是故意放跑他来为爱丽丝传话，让她们杰在童年喜欢去的公园会面。

两人会面时，爱丽丝的言行举止让凯特证实推论，即使爱丽丝不想承认，但原本同意帮凯特隐瞒这次会面的苏菲还是将凯特的行踪汇报给雅各，导致保全队赶到现场逮捕爱丽丝。然而，爱丽丝暗示她已命令自己在保全队的眼线兼男友道森去刺杀玛莉，迫使凯特动身抢先救下玛莉。不久，爱丽丝的囚车运送途中遭到不明炸弹袭击而坠入湖里，她几近淹死之际被穿上蝙蝠装的凯特冒险救上岸。爱丽丝因此再次逃跑，凯特的继母凯瑟琳·汉密尔顿身为真正安排党羽在停车场抢走蝴蝶刀的人，她处于“私心”而命令部下将刀销毁灭证。

蝙蝠侠再度销声匿迹引起广大市民质疑，凯特拷问道森得到爱丽丝的包裹，里面装有一只活蝙蝠，表示爱丽丝已知情凯特的身份；里面一张卡片写着一句“你有我们父亲的眼睛”的话，提醒她们是永远的姐妹。

高谭市民因蝙蝠侠之前现身却又马上销声匿迹，对蝙蝠侠的呼唤声也日益恶化，凯特责怪是自己的关系造成现在的局面。布鲁斯的儿时玩伴兼房地产大亨汤米·艾略特近期买下韦恩塔楼正对面的高楼，邀请凯特前去参与庆祝晚宴，同时以知情布鲁斯是蝙蝠侠的语气，希望凯特能带布鲁斯一起出席。同时，韦恩企业应用科学部遭窃，一把足以打穿蝙蝠装防护的磁道炮被抢，让凯特怀疑是汤米所为而决定出席晚宴调查清楚。派对出席者包含凯特所有家人，而苏菲被指派担任玛莉的私人护卫以防止她再次受袭。爱丽丝趁机潜入雅各的家乱动东西，同时致电他进行言语诋毁，而布鲁斯一直不出面也使汤米开始急躁。

当凯特最终向他对峙时，汤米供述蝙蝠侠多年前干预过自己一手安排害死母亲的车祸，导致自己没能继承财产，随即威胁会切断电梯缆绳杀死人质。凯特的家人均受困电梯，使她将蝙蝠装染上诞生石的红色包括配上红色假发上阵。当汤米将凯特逼入绝境时，爱丽丝为了报答凯特而出手相救，但声言不代表她会改邪归正。

汤米被逮捕后，凯特喜欢上她在派对中认识的酒保蕾根，而凯瑟琳回家发现爱丽丝在她梳妆台上留下三张扑克牌，组成数字“283”而使她惊恐万分。身穿黑红蝙蝠装的凯特首次在媒体面前亮相，最后被媒体命名“蝙蝠女侠”。

一位号称“喜鹊”的珠宝大盗四处偷走宝石，凯特一边要应对与蕾根的约会、一边要抓捕喜鹊以在城市面前保住形象。长期备受拷打的道森在虚弱中引发败血症，凯特只能以蝙蝠女侠身份拜托玛莉治疗他，被注射吗啡的道森因意识模糊，将眼前的玛莉看成是爱丽丝，无意间交代爱丽丝的下一步计划牵扯到一位外号“老鼠”的人。这时，喜鹊偷走玛莎·韦恩的珍珠项链，迫使凯特全力追寻喜鹊下落，虽然最后将项链抢回，但同时得知喜鹊靠3D打印机做出含有爆炸物的项链复制品，其即将在高谭博物馆展出而作为喜鹊趁火打劫的幌子。

凯特只能打断约会，及时疏散博物馆的人后抓获喜鹊。喜鹊被捕时坦言自己为谋生而偷窃，最后被送往黑门监狱。无法同一时间两头顾的凯特，只能忍痛结束跟蕾根的恋爱关系。同时，凯瑟琳得知数字283是代表贝丝的坟墓号码，试图挖出坟墓销毁证据却被爱丽丝逮个正著。爱丽丝胁迫凯瑟琳必须交出所经营的军火公司中研发的一把“秘密武器”。凯瑟琳不想对罪犯妥协，只能对雅各告知她多年前伪造过贝丝的颅骨与死亡证明，只是想结束雅各和凯特父女俩的痛苦，得知事实的雅各无法原谅她的欺骗。

为了掩饰自己的英雄行动，凯特决定将韦恩企业转变为房地产公司，买下乌鸦管辖区外围的低价社会住宅提供给贫困居民，并任命路克担任助手。

爱丽丝连续闯入三间停尸间实施人皮盗窃，凯特靠放跑的道森追踪到其位置抓获她，但决定给她一次解释的机会，但为以防万一而联系雅各和苏菲让他们追踪。两姐妹随后开车上路，爱丽丝讲述她年幼时车祸昏过去后，被一位医生奥古斯特·卡特莱特救回去却遭囚禁，他养有一个生来毁容的儿子强纳森，因此准备用她的脸作为更换儿子脸庞的替代品。贝丝囚禁期间一度拿电话联系父亲和姐姐过来救她，但由于受到卡特莱特威胁，因此在父亲和姐姐来找她时隔着门不敢吭声，无助的她最后眼睁睁看着家人打道回府；身边只有外号“老鼠”的强纳森作伴，以及他送的《爱丽丝漫游仙境》。

另一方面，凯瑟琳事先对玛莉坦白她伪造死亡证明的所为，导致玛莉同样不接受而到韦恩塔楼跟路克相处一整天，合作调查不寻常的人皮盗窃案，追查到强纳森·卡特莱特已从阿卡汉逃狱。爱丽丝对凯特下药弄昏而将她关至自己被囚禁的地下室，防止她继续干预她的计划。雅各感觉一路景标似曾相识而追到房子前，苏菲与强纳森正面交锋时撕下他戴的脸庞，即使雅各对自己没能救到的女儿而痛哭忏悔，但爱丽丝依然放冷箭将父亲用刀刺伤。

凯特及时解锁逃出，帮苏菲挟持强纳森做人质而救出雅各，其送院治疗后平安脱险。爱丽丝陪强纳森逃之夭夭，答应会帮他变成想成为的“任何人”。

一位自称“刽子手”的蒙面私刑者，首先用“电椅”手法杀死检察官安格斯·史坦顿，雅各与蝙蝠女侠共同竞争谁先将刽子手逮捕归案。苏菲猜出凯特是蝙蝠女侠，就在刽子手用“枪决”手法杀死资深警探史都·多纳利时，在场的苏菲身中一枪而被凯特秘密送至玛莉的诊所紧急救治。雅各逮捕一位嫌疑犯而断言他是刽子手时，凯特却发现刽子手另有其人，目睹他偷走氰化氢毒气罐。她们靠追查车牌得知刽子手身为黑门监狱的“刽子手”伯特兰·艾尔顿，凯特在他家中找到认罪录像，得知他发现近年来处死的死刑犯其实都是被史坦顿、多纳利和雷蒙·卡沃瑞克法官联手强制认罪而坐冤狱。凯特于是趁艾尔顿对卡沃瑞克法官下手前制止他，然而雅各赶到枪杀艾尔顿，其死时触动机关而让他们一起受困“毒气室”。

凯特最后救出昏倒的雅各，卡沃瑞克法官随即被捕，所有被他判死刑的无辜罪犯获释，唯独路克不情愿杀死他父亲的犯人因此被重审。苏菲自行从诊所逃出，没有告知玛莉自己的猜疑。另一边，强纳森冒充凯瑟琳的一位工程师溜进汉密尔顿动力公司，盗走一把以线圈加速器为基础而足以杀死蝙蝠侠的能量武器，强纳森回去前靠诱骗爱丽丝来证实她姐姐是蝙蝠女侠，因此质疑爱丽丝仍然没放下亲人，但爱丽丝发誓自己不会背离，随即开始准备为姐姐举办的“茶会”。

凯特制止一位人称“来福枪”的国际刺客狙杀第三目标时，刚好重遇她出国训练时的旧识茱莉亚·潘尼沃斯，同身为阿福·潘尼沃斯的女儿。苏菲确信凯特是蝙蝠女侠，不忍心看着她在外面拼命而希望凯特收手，不然会告诉雅各真相。凯特将她约在一间意大利餐厅会面时计划坦诚一切，但当歧视同性恋的餐厅店主惹怒凯特时，苏菲却又一次为避嫌而无动于衷。凯特因此打消念头，苏菲才坦白她当初在军校背弃凯特是因雅各的劝说。

另一边，爱丽丝和强纳森与来福枪建立合作关系，帮他杀害失手的第三目标，以此来讨好来福枪背后的雇主。由于三名死者都是凯瑟琳麾下的工程师，加上先前能量武器被盗迫使凯瑟琳去找刚出城回来的雅各帮忙找寻，同时说服他暂缓离婚协议。凯特和茱莉亚合作上演角色对换戏码，暂时清除苏菲的猜疑，但来福枪在远处向穿蝙蝠装的茱莉亚一枪轰下楼。所幸枪“失效”让茱莉亚幸免于难，但她很快被赶来的乌鸦保全队逮捕送上囚车，迫使凯特骑摩托打爆轮胎、戴安全帽打昏守卫而救出茱莉亚。

随后，茱莉亚离开高谭继续追踪回去地中海的来福枪，凯特和苏菲经过此事退回对彼此死心的原点，而凯特受玛莉帮助而准备开办一间同志酒吧。然而，雅各当时还在州北追寻奥古斯特下落，而身在高谭的雅各实为强纳森冒充，将身边的人一步一步推向爱丽丝的计划高潮。

爱丽丝绑架即将回高谭的雅各，先将他带回自己被囚禁11年的地下室，听完他忏悔后将他转移别处。她顺便命令此时冒充雅各的强纳森，用麻醉剂击昏苏菲和泰勒关在隔音的办公室，防止他们干预自己的计划。爱丽丝有意将凯特引开，指派部下冒充保全队员，挟持玛莉和凯瑟琳母女与多数富人出席的人道主义颁奖晚宴，胁迫凯瑟琳上台领奖时对观众坦白她为城市罪犯贩卖军火等等罪状，使她们一家顿时变成众矢之的。凯瑟琳随后开始流鼻血而被送到后台等救援，爱丽丝现身透漏她们母女喝的酒被下入凯瑟琳公司自行研制的致命神经毒素，仅提供一枚解药后扬长而去。

凯瑟琳深知毒已攻心，便将唯一的解药让给玛莉服用作为赎罪，并坦白自己早就知情她开办诊所一事而以她为傲后死去。凯特没能制止这一切，又无法对爱丽丝痛下杀手，最后甚至得知刚在停车场车里清醒的雅各已被爱丽丝栽赃嫁祸，背上毒杀凯瑟琳的罪行而被警察局长杰克·佛布斯逮捕。一夜之间失去母亲的玛莉变得失魂落魄，跟凯特的关系也开始恶化，脱身的苏菲和泰勒不知如何是好，泰勒便让苏菲自己决定该爱谁。

疯狂一晚让凯特彻底死心，愤怒之下决定先帮雅各洗脱罪名，再联手揪出并消灭爱丽丝。一星期后，探险家纳许·威尔士在中央市地下开凿出一道刻有神秘文字的大门，直接被门里的金色光芒吸进去。

为了制止多元宇宙危机，预言者来到地球74号招募隐居在此的米克·罗伊和他的乘波号。监视者穿越时空取回能靠意念改写现实的《天命之书》，总结“七大模范”会制止这次危机，而众人中已有卡拉和莎拉分别代表希望和天命。为了寻找另外两名加入战局，克拉克、露薏丝和爱瑞丝组队穿越至地球96号找到该地球的超人，但被监视者复活的雷克斯·路瑟这时抢跑天命之书，穿越各个宇宙杀死超人；唯独地球167号的克拉克让他失望。

他来到地球96号时，将计就计操纵该地球的超人对刚赶来的克拉克一行人发起攻击，露薏丝夺回天命之书让超人恢复自我，让他同意加入战局。凯特和卡拉穿越至地球99号找到该地球的蝙蝠侠，其已残疾而穿上动力服维生，两人深感这位蝙蝠侠非常消极且凶残，甚至得知他杀死过多名死敌包含该地球的超人后引发冲突，凯特为了保护卡拉而只能将他击倒，导致他的动力服漏电而丧命。

另一边，贝瑞、莎拉和米娅招募约翰·康斯坦丁决定靠地球18号的再生池复活奥利佛，奥利佛成功复生却患上失忆，而康斯坦丁试图唤回奥利佛的灵魂，能力却因陆续毁灭地球的反物质波而受阻。众人回到乘波号后，雷制造出寻找模范的探测器，让众人得知凯特就身为代表勇气的模范。当时，反监视者出现在预言者面前，希望她加入毁灭多元宇宙的行列。

多元宇宙危机结束后，凯特开始应对凯瑟琳之死带来的后果以及父亲雅各的判冤狱。玛莉开始自我封闭，以自己的方式寻找能证明雅各遭人易容冒充的证人，然而没有人愿意站出来帮她。唯独苏菲愿意帮忙，但她刚与泰勒分居而心神不宁。这时，一位不知名骇客靠网络攻击向全高谭勒索赎金，威胁若不付钱会将所有人的肮脏秘密公诸于世，路克和凯特追踪幕后骇客至高谭预科学校，抓出女骇客本人帕克·托雷斯。帕克讲述她身为女同性恋，但被前女友强制出柜而遭到她异性恋霸权的父母断绝关系，因此上演闹剧来得到大笔生活金。

但爱丽丝同样潜入学校挟持帕克，首先逼迫凯特在她与帕克面前拿下面罩，还强制帕克将凯特的身份公诸于世。帕克仅为保全队和警察局公布爱丽丝的所在处，但躲藏在外的强纳森引爆炸弹，凯特及时救下当时在城市媒体前炫耀的万人迷警察史莱姆·布莱德利。爱丽丝被保全队逮捕，帕克靠做社区服务来赎罪，她答应为凯特保守秘密作为感谢。凯特跟战友卡拉的独家专访来为蝙蝠女侠出柜是同性恋，给予城市新的希望之光。而凯特的生日来到，在狱中的雅各靠致电来祝福凯特生日快乐。

凯特回到当时无依无靠的玛莉身边给予帮助，两姐妹因此和好来弥补关系。而当凯特回到办公室时，却碰到另一位“爱丽丝”，其有一头红长发、并且也身为她的妹妹贝丝。

凯特对眼前出现的全新贝丝感到难以置信，起初将她认成是爱丽丝而做出攻击使她吓跑，但比对DNA以及私人物品后证明她是来自另一宇宙的贝丝。凯特将她追回后，实现她们姐妹重聚的愿望，邀请贝丝来到这片人生地不熟的现世。从贝丝供述中，凯特得知她童年同样经历过母亲丧生的车祸，但却是被姐姐拉出汽车得以活下来，让凯特懊悔自己没有挺身而出过。强纳森绑架佛布斯局长之子与阿金斯市长之子，声言若不在当晚释放爱丽丝则会杀死人质，凯特刚准备回去换装却被强纳森撞车伏击，一同加入人质行列来为苏菲施加压力。

贝丝为了救出凯特而乔装打扮成爱丽丝，虽然因不知道爱丽丝和强纳森之间的暗号而被识破，但为凯特争取时间逃出而救下贝丝和人质，负伤的强纳森则被送院收押。苏菲陪爱丽丝在审讯室待一整天，听着爱丽丝仔细讲述她的噩梦童年，意识到自己早就被家人遗弃后，做手工的技巧被卡特莱特看中而学会修饰人脸。爱丽丝靠自己缝书的鱼线逃离监禁，讽刺苏菲从未离开过自己的“心灵牢笼”后逃跑。事情的发生让全体市民认为警察无能，开始一致支持蝙蝠女侠，在警察局门口示威要求重新打开蝙蝠信号。

凯特回去酒吧得到玛莉、路克和贝丝为她举办的生日派对惊喜，但庆祝过程中，众人面前的贝丝与逃亡在外的爱丽丝，两者突然在同一时间开始剧烈头痛。

由于多元宇宙合并导致同一宇宙无法容纳两名相同人士，贝丝与爱丽丝只能存活一人。苏菲开始全市排查，下令对爱丽丝格杀勿论，凯特只能争分夺秒挽救贝丝的性命。

杜拉·丹特自高中起就受够被母亲强制打扮得花枝招展来融入集体，不惜割开嘴角露出笑容回归“常态”。成年后，内心堕入疯狂的杜拉开始追杀一系列社交网红，用相似手法破坏她们的脸庞作为报复手段。

爱丽丝将奥古斯特留给凯特审问后，到指定地下室试图救出强纳森，但他当时已吸入大量恐惧毒气，加上被父亲告知爱丽丝已死，因此将眼前还活着的爱丽丝视为敌人，将她绑在椅子上灌输毒气后逃跑出去。

凯恩一家联合将卡特莱特埋尸处理，爱丽丝离开前以此威胁凯特和雅各，一旦对她出手则会拉他们一起下水。然而，爱丽丝刚回藏身处就发现自己的部下被集体屠杀，下手的人疑似是她的一位“老熟人”。

凯特自从犯下杀戒后放下英雄身份长达一星期，一位销声匿迹七年的炸弹客“惊天雷”突然逆袭，盯上自认英雄的执法人员布下双重炸弹机关，考验他们是否会为自保而引爆另一边的炸弹。

凯特一行人全力追查卢修斯日记本的下落，发现汤米被捕前曾将日记交给他的洗钱人强尼·萨巴提诺看管。凯特和茱莉亚乔装卧底进强尼的俱乐部准备夺回日记，而凯特碰巧跟酒保蕾根重逢，随后等茱莉亚切断电源后着装行动。

凯特冲进蕾根的藏身旅馆得知她和喜鹊是姐妹关系，蕾根同时告知茱莉亚抢先来向她逼问过日记下落，连续经历欺骗让凯特选择提防身边的人。为了解开日记内容，汤米以“缄默”身份连续绑架多名高谭知识阶层，但没有一人知道如何破解内容。

阿卡汉暴动导致众多精神病人脱逃，其中一位则是精神错乱的前高谭橄榄球星提姆·泰斯洛，其挥舞著两把砍刀连续杀害他的大学体检医生以及在法庭上作证他杀人的亲弟弟。