In einer Rückblende erzählt der Film, wie zur Zeit des Ersten Weltkrieges aus der Amazonen-Prinzessin Diana die Superheldin Wonder Woman wurde.
Auf der im Mittelmeer gelegenen Paradiesinsel Themyscira lebt das Volk der Amazonen unter der Herrschaft von Königin Hippolyta und ihrer Schwester Antiope. Sie haben sich dem Kampf gegen ihren Erzfeind den Kriegsgott Ares verschrieben.
Als eines Tages der britische Pilot Steve Trevor auf der Insel strandet und von einem unvorstellbar grausamen Krieg berichtet, ist Diana sicher, dass kein geringerer als Ares dahinter stecken muss. Gemeinsam mit Steve verlässt sie ihr zu Hause und ihre Mutter Hippolyta, in Richtung London. Doch auf der Suche nach Ares bekommt sie es in den Wirren des Krieges auch mit dem deutschen General Ludendorff und dessen Wissenschaftlerin Isabel "Dr. Poison" Maru zu tun, welche den Krieg mit aller Macht zu ihren Gunsten entscheiden wollen.