‘氪星’毁灭之际，一个名叫卡拉·佐·艾尔的小女孩，被母亲奥若拉送往地球去负责守护她的表弟卡·艾尔；在星球爆炸的一瞬间，卡拉的宇宙船不慎被爆炸波及掉进了幻影空间，使她在空间中沉睡了整整二十四年才无意间迫降到地球上。那时候，早已长大成人、成为英雄“超人”的卡·艾尔接待了她，并将她寄托给丹佛斯夫妇收养，而不再被使命肩负的卡拉也从此进入了人类生活。十二年后，卡拉在‘国际城’中的‘凯特国际媒体企业’当秘书，每天都要为自己的女老板、女媒体大亨凯特·格兰特服务。直到一天晚上，卡拉发现自己无血缘关系的姐姐艾丽克斯所乘坐的飞机即将坠毁，于是在情急之下飞上了天空、将飞机平安迫降在水上；自从暴露自己的超能力、并不被其他人认出来后，卡拉开始与自己的工作上的最好伙伴温合作，设计了一套英雄服装打算守护城市、打击犯罪；谁知，一个负责追缉外星人的秘密部门“外星作战部”突然现身，领导人汉克·亨肖解释说卡拉当初脱离幻影空间时,将外星监狱‘罗兹堡’也一同带到了地球，释放了多名外星罪犯到地球上，而同样也身为探员的艾丽克斯一直想说服她不要冒险，但卡拉却为此感到不高兴。同时，策划了飞机袭击的外星罪犯“瓦托斯”注意到卡拉时，受不了自己当初被奥若拉判刑关押而打算杀了她来复仇，而卡拉经历了一次惨败后、在艾丽克斯的教导下才将瓦托斯击败。当卡拉回到公司后，一名新来的议事总监詹姆斯·奥尔森一下就认出卡拉的身份，向她表明自己曾经是星球日报的摄影师，受克拉克之托来到这里照看她，并将克拉克送给卡拉的披风交付给了她。同时，瓦托斯一死，他背后的指挥官奥丝特拉，奥若拉的双胞胎妹妹，认为如果想征服地球，就必须先除掉自己的侄女卡拉。

卡拉自从化身为“女超人”开始尽力守护城市，却在码头失火中不慎引发了更大的灾难后，除了在作战部与艾丽克斯进行体能与格斗训练时，也为了替自己正名而找来温和詹姆斯帮自己搜集情报，采取凯特的建议而决定开始从小事做起，并做了不到几天的好事就洗刷了自己的污点。与此同时，罗兹堡的一个逃犯“幼翅虫”开始在各个发电厂偷取氯元素来作为食物来源，汉克带队去抓捕他时却中了埋伏，艾丽克斯也被它抓走而被带到奥丝特拉的面前。卡拉急忙赶到后遇见奥丝特拉后大吃一惊，而奥丝特拉本来打算想以家人的身份来说服卡拉加入自己的行列，但卡拉直接拒绝了她而与她进行了一场恶斗。艾丽克斯虽然受伤但依然徒手击败了幼翅虫，汉克赶到后拿了一把氪星石做的小刀，刺伤了奥丝特拉后才让她撤退。奥丝特拉撤离回去后发现卡拉已经强大到超乎想像，于是决定另安排夺下城市的计划。另一边，凯特看在詹姆斯与超人交情好的上面，督促他叫来女超人和自己进行一次采访；为了帮助詹姆斯，卡拉冒着被认出的危险而决定接受她的采访。回到作战部，汉克虽然终于开始对卡拉彻底改观，但当他离开指挥所不久后，他的眼睛突然开始露出一丝血光。

卡拉将凯特的专车搬到城市后山和她进行一对一访问，却不慎将自己和超人是亲戚的事情说漏嘴；为此，凯特第二天就为这件事大做文章，也刚好被一个因为超人而失去妻子，外号“核能人”的班·克鲁尔得知，克鲁尔于是身穿核能战衣偷袭了卡拉，但卡拉还是破坏了他的战衣而将他赶跑。在战衣受损下，克鲁尔前去‘罗德科技企业’的实验室，找上了科技大亨麦斯威尔·罗德来修复自己的战衣，卡拉跟踪他来到废车场和他大战却遭到击败。突然间，超人到场将克鲁尔再次赶跑，卡拉为此对叫来超人的詹姆斯感到十分生气。当晚，在凯特所举办的公司晚宴中，詹姆斯对卡拉道了歉，但克鲁尔却任然不放弃而跑到晚宴上砸场子。詹姆斯冒险将克鲁尔转移视线，让卡拉在有机可乘下拿掉了克鲁尔战衣上的供能核心而击败了他。事情一结束，卡拉得到了和克拉克交谈的仪器，本来打算和詹姆斯一起分享胜利的喜悦，却发现他的前妻突然回到他身边，并发现她的身份为露西·莲恩，露易丝·莲恩的小妹妹。

在凯特荣获媒体大奖而奔向领奖大会时，留下卡拉、詹姆斯和温一同照看公司；同时，凯特的儿子卡特来到公司等母亲时由卡拉负责照顾，但由于各地发生的危机不断，使卡拉必须要同一时间两头顾。一场针对罗德科技的炸弹袭击被卡拉化解后，艾丽克斯化身为联调局特工，试图说服麦斯推迟夜晚举行的动力火车剪彩仪式，但麦斯还是决定上场。当天晚上，放炸弹的凶手对机场和动力火车上都布下炸弹，而詹姆斯突然发现露西即将到机场乘坐往大都会的飞机，而跑去找她时发现她平安无事。汉克和艾丽克斯进入机场后发现炸弹的构造无法解除，而汉克只能清空场地后用自己隐藏的自身力量来解除了炸弹，并出去后称此枚只是哑弹。同时在火车上，由于卡特和温也在火车上面，而卡拉只能跑到火车头来试图说服炸弹客伊森·诺克斯投降，但诺克斯却说自己为了救身患绝症的女儿而只能这么做，最后让卡拉去拯救列车、选择自行切断车头自爆身亡。回到作战部，艾丽克斯检查“假”炸弹后发现里面装设了防故障保险，卡拉于是推断喜欢在仪器上装设保险的麦斯是幕后主使；当她跑去找他对峙时，麦斯承认是自己自导自演了所有袭击，只是为了测试女超人的能力。当卡拉声言自己一定会揭发他而迅速飞离后，麦斯还得意洋洋地声言好戏才刚刚开始。

感恩节前夕，卡拉的养母、艾丽克斯的生母伊莉莎·丹佛斯来到国际城和女儿们团聚，但她也因为卡拉当上英雄而将自己置身于危险之中，而不停地怪罪艾丽克斯没有照顾好她。凯特国际的电台播音员莱丝莉·威利斯由于在电台上嘲讽女超人而被凯特降职，被派到直升机上去播报路况，谁知直升机却因为雷电交加而即将撞向公司大楼。卡拉虽然及时到达，但也刚好和莱丝莉一同被闪电击中，使莱丝莉的身体与氪星人身体元素加上雷电混合，拥有了能够自由控制雷电的超能力。感恩节当晚，卡拉邀请了孤独一人的温一同前来，而艾丽克斯将自己是外星作战部特工的实情说出后，却遭到了伊莉莎的大声指责。同时，莱丝莉从医院醒来后，发现自己能用电能来去自由而化身成“电女郎”去向凯特报复，卡拉赶到后首次与凯特达成共识，与她互相合作制服了莱丝莉，并叫作战部来将她收押。伊莉莎在回去之际对艾丽克斯道了歉，但也对卡拉和艾丽克斯讲述了隐瞒已久的事情：几年前，她们的父亲耶利米·丹佛斯为了保证卡拉的安全而去为掌管作战部的汉克合作，而在不久之后就神秘死亡；实情公布使得卡拉和艾丽克斯开始对汉克有所怀疑，两姐妹决定齐心协力来调查父亲当年的死亡真相。