Basato sul personaggio di Natasha Romanoff dei fumetti Marvel Comics, il film è prodotto dai Marvel Studios e distribuito dai Walt Disney Studios Motion Pictures, ed è la ventiquattresima pellicola del Marvel Cinematic Universe e la prima della cosiddetta "Fase Quattro". Il film è scritto da Eric Pearson da una storia di Jac Schaeffer e Ned Benson e il cast principale è composto da Scarlett Johansson, Florence Pugh, David Harbour, O. T. Fagbenle, Olga Kurylenko, William Hurt, Ray Winstone e Rachel Weisz. In Black Widow, ambientato dopo gli eventi di Captain America: Civil War (2016), Natasha Romanoff è costretta alla fuga e ad affrontare il suo passato.
Un primo tentativo di un film dedicato a Vedova Nera iniziò nel 2004, quando la Lionsgate ingaggiò David Hayter come sceneggiatore e regista, ma il progetto non venne portato avanti. Nel giugno 2006 i diritti del personaggio tornarono ai Marvel Studios, e Scarlett Johansson venne scelta come interprete del personaggio a partire da Iron Man 2 (2010). Nel corso degli anni sia la Marvel che Johansson espressero interesse per un film incentrato sulla Vedova Nera. Le riprese del film si tennero da maggio a ottobre 2019.
Nel 1995, in Ohio, gli agenti sovietici sotto copertura Melina Vostokoff e Alexei Shostakov fingono di essere una normale famiglia statunitense insieme alle bambine Natasha Romanoff e Yelena Belova. Dopo che Alexei ruba un floppy disk da un centro di ricerca, la famiglia si rifugia a Cuba e si incontra con il loro capo, Dreykov, che fa portare via Natasha e Yelena affinché vengano addestrate nella Stanza Rossa. Anni dopo, Shostakov viene incarcerato, mentre Natasha si unisce allo S.H.I.E.L.D. e fa esplodere l'ufficio di Dreykov, uccidendo apparentemente lui e sua figlia Antonia.
Nel 2016, Natasha è ricercata dal Segretario di Stato degli Stati Uniti Thaddeus Ross per aver violato gli Accordi di Sokovia; con l'aiuto del suo amico Mason si rifugia in Norvegia. Nel frattempo, Yelena uccide una Vedova Nera ribelle ed entra in contatto con una sostanza che la libera dal controllo mentale della Stanza Rossa. La ragazza spedisce le fiale contenenti l'antidoto a Natasha, sperando nel suo aiuto per liberare le altre Vedove. In Norvegia, Natasha viene attaccata da Taskmaster, in cerca dell'antidoto, ma riesce a fuggire e intuisce che le fiale sono state mandate da Yelena. Le due donne si incontrano a Budapest, dove Natasha scopre che Dreykov è vivo e che la Stanza Rossa è ancora attiva. Taskmaster e alcune Vedove Nere attaccano le due donne, che riescono a fuggire e si incontrano con Mason, che procura loro un elicottero.
Natasha e Yelena fanno evadere Alexei di prigione sperando che l'uomo possa aiutarle a trovare la Stanza Rossa. Alexei, tuttavia, non sa nulla, e consiglia loro di rivolgersi a Melina, che ha sviluppato il processo di controllo mentale usato sulle Vedove. In Russia, alla fattoria di Melina, Yelena rivela di avere sempre considerato lei, Natasha e Alexei come la sua vera famiglia. Melina rivela la loro posizione a Dreykov, i cui agenti catturano i tre fuggitivi e li conducono alla Stanza Rossa, una fortezza volante. Natasha e Melina usano delle maschere per impersonarsi a vicenda, permettendo a Melina di liberare Yelena e Alexei. Natasha affronta Dreykov e scopre che Taskmaster è Antonia, sopravvissuta all'esplosione e trasformata in un soldato sotto il controllo di un chip. Natasha tenta di uccidere Dreykov ma fallisce a causa di un condizionamento mentale che reagisce ai feromoni di Dreykov e impedisce alle Vedove di attaccarlo. Dreykov mostra a Natasha la console da cui controlla tutte le Vedove sparse per il mondo. Natasha si rompe il naso per superare il blocco mentale e tenta di attaccare Dreykov, che tuttavia viene protetto da un gruppo di Vedove che attaccano Natasha.
Nel frattempo Alexei combatte contro Antonia mentre Yelena cerca di liberare le altre Vedove e Melina distrugge una delle turbine della fortezza, che inizia a precipitare. Alexei riesce a rinchiudere Antonia in una cella con l'aiuto di Melina. Yelena usa l'antidoto per liberare tutte le Vedove e salva Natasha. Quest'ultima recupera le ultime due fiale dell'antidoto e copia su un hard disk tutte le informazioni sulle posizioni delle Vedove sparse per il mondo. Melina e Alexei fuggono a bordo in un aereo, mentre Yelena fa saltare in aria l'elicottero di Dreykov, uccidendolo. Natasha salva Yelena e precipita lottando contro Antonia. A terra, Natasha usa l'antidoto per liberare Antonia dal controllo mentale. Natasha consegna a Yelena l'ultima fiala e l'hard disk e le chiede di liberare tutte le altre Vedove. Yelena, Melina, Alexei e Antonia salutano Natasha e fuggono insieme alle Vedove, giunte in loro soccorso. Natasha sfugge nuovamente a Ross e si incontra con Mason, che le procura un quinjet. La donna saluta l'amico e parte per aiutare Steve Rogers a liberare gli Avengers prigionieri nel Raft.
In una scena dopo i titoli di coda, ambientata dopo la morte di Natasha, Yelena fa visita alla tomba della sorella e si incontra con la Contessa Valentina Allegra de Fontaine, che le propone di uccidere l'uomo responsabile della morte di Natasha, Clint Barton.
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