Ketika musuh kejam menyerang orang-orang yang ia cintai, Kara Zor-El alias Supergirl memulai misi balas dendam. Dalam perjalanan melintasi galaksi, ia terpaksa bekerja sama dengan sekutu yang tak pernah ia duga demi menegakkan keadilan.
Film dibuka dengan montase Kara Zor-El alias Supergirl bersama Krypto. Mereka terlihat menghabiskan waktu bersama, berkeliling semesta, dan sesekali Kara pergi ke planet-planet dengan matahari merah untuk mabuk, karena di tempat seperti itu kekuatan Kryptonian-nya melemah. Clark Kent alias Superman juga sering mengeceknya, memastikan Kara baik-baik saja.
Di sebuah planet tak jauh dari sana, sekelompok bajak laut luar angkasa yang dikenal sebagai Brigands mendatangi rumah keluarga Knoll. Kepala keluarga itu, Elias, terkenal sebagai pembuat senjata yang sangat ahli. Pemimpin Brigands, Krem of the Yellow Hills, datang untuk merampas seluruh koleksi senjatanya.
Elias menyerahkan kunci tempat penyimpanan senjata, tetapi Krem memaksa istrinya, Delilah, untuk menunjukkan jalannya. Putra mereka, Emond, mencoba melawan, tetapi Krem melempar pisau ke punggungnya. Setelah itu, Krem membunuh Elias dan Delilah di depan anak bungsu mereka, Ruthye Marye.
Setelah para Brigands pergi, Ruthye menguburkan keluarganya. Ia lalu mengambil pedang milik ayahnya dan bersumpah membalas dendam kepada Krem.
Sementara itu, Kara sedang berada di sebuah bar alien bersama Krypto. Ruthye datang ke tempat itu dan mencari siapa pun yang mau membantunya membalas dendam. Ia menawarkan pedang ayahnya sebagai imbalan bagi orang yang bersedia membunuh Krem.
Namun seorang alien mencuri pedang itu dari Ruthye. Kara awalnya mencoba menyelesaikan masalah dengan bicara baik-baik. Tapi ketika cara itu tidak berhasil, ia langsung menghajar alien tersebut dan mengambil kembali pedang Ruthye.
Ruthye kemudian mencari Kara dan meminta bantuannya. Namun Kara tidak tertarik terlibat dalam urusan balas dendam. Di saat yang sama, Krem dan anak buahnya, Drom Baxton, menyelinap ke kapal Kara dan mengacak-acak isinya. Krypto melihat mereka dan mengejar, tetapi Krem menembaknya dengan anak panah beracun sebelum melarikan diri.
Kara panik dan segera membawa Krypto ke seorang penyembuh, dengan Ruthye membantu menerjemahkan. Penyembuh itu mengatakan bahwa Krypto hanya punya waktu tiga hari sebelum racun membunuhnya. Mendengar itu, Kara akhirnya memutuskan memburu Krem sendiri.
Kara menaiki sebuah kendaraan mirip pesawat bersama berbagai alien untuk melacak keberadaan Krem. Ternyata Ruthye diam-diam menyusup agar bisa ikut, meski Kara tidak ingin ia terlibat. Di tengah perjalanan, pesawat itu diserang bajak laut luar angkasa lain, Sklarian Raiders, yang bisa muncul dan menghilang seperti gangguan digital. Mereka mencuri jam tangan Kara yang berisi foto Krypto, juga pedang Ruthye.
Kara sempat melawan, tetapi ia dikurung lalu dilempar ke luar angkasa. Ia melayang tak sadarkan diri sampai matahari terbit dan mengisi kembali kekuatannya. Setelah pulih, Kara terbang ke kapal bajak laut itu, menghancurkannya dengan sinar panas dari matanya, lalu menangkap para Sklarian.
Dari interogasi, Kara mengetahui bahwa Krem berada di planet Bilquis. Di sana, para Brigands berencana menculik gadis-gadis dan perempuan muda untuk melanjutkan ras mereka yang seluruhnya laki-laki.
Di Bilquis, Kara dan Ruthye melewati sebuah bar penuh alien mesum. Kara menghajar dan menakuti mereka sampai kabur. Setelah itu, mereka bertemu pasangan Mareck dan Bomar Vran, yang memberi mereka tempat berlindung.
Saat mereka menanyakan soal Brigands, muncullah seorang bounty hunter dari Czarnia bernama Lobo. Ia punya urusan pribadi dengan Drom. Ruthye mengira Lobo bisa membantu menemukan dan membunuh Krem, tetapi Lobo sama sekali tidak tertarik bekerja sama dengan mereka.
Saat beristirahat, Kara menceritakan masa lalunya kepada Ruthye. Ayahnya, Zor-El, dulu berusaha mencegah kehancuran inti Krypton, tetapi gagal. Ia berhasil membuat Argo City terangkat dari planet itu sebelum Krypton hancur, sementara Jor-El sudah lebih dulu mengirim Kal-El ke Bumi.
Kara kemudian lahir dan tumbuh di Argo City bersama ayahnya, Zor-El, dan ibunya, Alura. Namun setelah Argo City selamat, Kryptonite ditemukan dan membuat banyak Kryptonian jatuh sakit, termasuk Alura. Setelah kematian ibunya, Zor-El mengirim Kara ke Bumi.
Tak lama kemudian, Mareck dan Bomar memberi Kara minuman. Namun minuman itu ternyata beracun. Dengan berat hati, pasangan itu mengaku telah membuat kesepakatan dengan Krem. Mereka menyerahkan Kara dan Ruthye sebagai imbalan agar putri mereka, Sarna, dikembalikan. Krem pun datang, sementara Kara berusaha memuntahkan racun dari tubuhnya.
Para Brigands mendarat dan mulai memburu perempuan-perempuan di sekitar wilayah itu. Supergirl dan Lobo terlibat pertarungan melawan mereka, dengan Lobo secara khusus mengincar Drom. Sarna berhasil kabur dari tahanan Brigands, dan orang tuanya segera mengejarnya, begitu juga Krem.
Ruthye mencoba menyerang Krem, tetapi Kara menghentikannya karena takut Ruthye akan terbunuh. Namun Krem akhirnya membunuh Bomar, Mareck, dan Sarna sebelum melarikan diri. Ruthye menyalahkan Kara atas kematian mereka. Bagi Kara, ia hanya ingin mencegah Ruthye menjadi pembunuh yang hatinya mengeras karena balas dendam.
Dipenuhi rasa bersalah, Kara mulai menginterogasi berbagai alien untuk mencari keberadaan Krem. Pencariannya membawanya ke sebuah planet dengan matahari hijau, yang membuat kekuatannya melemah drastis. Di sana, Kara diseret oleh sosok tak terlihat.
Dalam kilas balik lain, terlihat saat Superman pertama kali menemukan Kara setelah ia tiba di Bumi. Namun mereka tidak bisa saling memahami karena Kara hanya bisa berbahasa Krypton, sementara Clark tidak pernah mempelajarinya.
Ternyata Ruthye-lah yang menyelamatkan Kara. Namun Kara sudah terpuruk. Ia merasa gagal menolong orang-orang dan gagal menyelamatkan Krypto. Ruthye menyembunyikan Kara di sebuah gua, tetapi kemudian ia sendiri ditangkap oleh para Brigands.
Ruthye dikurung di dalam sel, bersebelahan dengan Lobo yang juga tertangkap saat penyerbuan. Krem menyuruh Ruthye menyerahkan lokasi Kara dan berjanji akan membiarkannya hidup. Ruthye hanya meludah ke wajahnya. Belakangan, ia menipu seorang penjaga agar membuka selnya, lalu mencekiknya sampai pingsan dan mengambil kunci untuk membebaskan dirinya serta Lobo.
Kara akhirnya pulih saat rotasi planet membawa mereka ke bawah matahari kuning. Kekuatannya kembali. Ia terbang menuju kapal Krem, tepat ketika Ruthye sedang berusaha membebaskan para calon pengantin yang ditawan. Krem menangkap Ruthye, tetapi Kara datang dan langsung menghancurkan para Brigands.
Krem menyerang Kara dengan anak panah Kryptonite, membuatnya sempat melemah. Namun Lobo datang membantu. Pertarungan besar itu membuat kapal Brigands jatuh ke tanah. Kara kemudian membebaskan para perempuan yang ditawan dan menghabisi sisa Brigands.
Ruthye akhirnya berhasil menjatuhkan Krem. Ia menodongkan pedang ke leher pria itu, siap membunuhnya. Namun Kara menghentikannya. Ia tidak ingin Ruthye menanggung beban pembunuhan itu seumur hidup. Sebagai gantinya, Kara mengambil pedang tersebut dan menusuk Krem menembus dada serta lehernya, membunuh pemimpin Brigands itu sendiri.
Setelah itu, Kara menemukan penawar racun untuk Krypto.
Kara kembali kepada Krypto. Begitu diberi penawar, Krypto langsung sembuh dan melompat ke pelukan pemiliknya. Ruthye mengatakan bahwa ia akan tinggal bersama bibinya, tetapi Kara mengizinkannya tetap ikut sebentar agar mereka bisa merayakan ulang tahun Kara.
Kemudian Kara pergi ke Metropolis untuk menemui Superman. Ia mengatakan bahwa kini ia siap menjadikan Bumi sebagai rumah tetapnya. Namun momen itu terpotong ketika Clark buru-buru berlari untuk menghentikan Krypto yang hendak memakan cokelat.
