Attendant la fin de leur peine à Belle Reve, des supervillains et des criminels sont réquisitionnés par Amanda Waller pour intégrer la Task Force X, aussi surnommée la Suicide Squad, car la plupart des membres de cette équipe de super-vilains meurent au cours des missions suicides que cette unité remplit. Elle est composée de Harley Quinn, Savant, Javelin, Weasel, Blackguard, T.D.K. (The Detachable Kid), Captain Boomerang, Mongal et elle est surveillée sur le terrain par le Colonel Rick Flag et, via Belle Reve, par la section d'Amanda Waller (composée de John Economos, Flo Crawley et Emilia Harcourt et qui parient sur ceux qui mourront, sauf Waller). Une puce explosive leur est implantée dans la nuque par le docteur Fitzgibbon afin que Waller puisse les faire exploser en cas de désobéissance. Ils sont emmenés en hélicoptère à Corto Maltese, une petite île d'Amérique du Sud où un coup d'état a eu lieu quelques jours auparavant par un général anti-américain nommé Silvio Luna et par son fidèle bras droit le général Mateo Suarez. Le but de cette mission n'étant pas de le tuer mais de détruire les archives de Jotunheim, un laboratoire géant en forme de tour, auparavant détenu par des nazis. Jotunheim abrite en son sein un certain projet « Starfish » qui est dirigé par Gaius Grieves, alias Le Penseur.
Ils sont largués à proximité de la côte sud de l'île. Weasel, qui ne sait pas nager se noie, malgré l'aide de Savant. Arrivés sur les lieux, Blackguard se révèle être une taupe car il a contacté les autorités de Corto Maltese, mais il est froidement abattu d'un tir au visage. Amanda Waller leur ordonne tout de même de continuer le combat. Harley, Flag, T.D.K., Captain Boomerang, Javelin et Savant affrontent alors les militaires. Mongal, dans une tentative d'impressionner Flag, saute sur un hélicoptère, le déstabilisant et tuant ainsi plusieurs soldats (et coupant au passage plusieurs arbres dont les branches blessent Captain Boomerang). L'hélicoptère finit par s'écraser, tuant Mongal dans l’explosion tandis que les débris de l'appareil déchiquètent Captain Boomerang. Javelin est tué par les tirs ennemis et T.D.K. est gravement blessé aux bras (qu’il venait de détacher). Pris de panique face au massacre de la Suicide Squad, Savant essaye de revenir à l'hélicoptère mais sa tête explose pour désertion. Les deux seuls survivants actifs de l'attaque, Harley Quinn et Rick Flag, tentent de s'enfuir. Harley est capturée par les soldats après avoir récupéré le Javelot de Javelin. Rick est encerclé par un détachement armé dans la jungle.
Cette attaque étant prévisible, Waller avait envoyé la Suicide Squad en diversion, pour qu’une autre équipe arrive saine et sauve par la côte nord de l'île. Elle est composée de Bloodsport, Ratcatcher 2, Peacemaker, Polka-Dot Man et King Shark. Trois jours plus tôt, Waller avait demandé à Robert Dubois, alias Bloodsport, un criminel emprisonné pour avoir mis Superman à l’hôpital en lui tirant dessus avec une balle de kryptonite, d'intégrer la Task Force X contre une réduction de peine. Refusant au départ, il est obligé d'accepter quand sa fille commet un vol et est sur le point de passer au tribunal ; Waller en profite pour le faire chanter : soit il accepte d'intégrer la Task Force X et sa fille évite le procès, soit il refuse et Waller s'arrange pour que sa fille soit envoyée à Belle Reve, prison au plus haut taux de mortalité du pays. Il rencontre les autres membres qui seront avec lui (à part ceux qui iront dans la partie sud) et pense déjà qu'ils vont tous mourir vu la mission.
À peine arrivés, Bloodsport et Peacemaker se disputent déjà et King Shark veut dévorer Ratcatcher 2, car son envie de chair humaine augmente de jour en jour. Elle lui propose de devenir son amie à la place car il n'en a pas. En passant, Bloodsport révèle avoir peur des rats. Polka-Dot Man doit prendre des cachets deux fois par jour sous peine de mourir. En effet, son pouvoir provient d'un virus interdimensionnel implanté par sa mère, car elle voulait faire de lui et de ses frères et sœurs des super-héros ; la plupart d'entre eux sont morts, ce qui fait de lui l'un des rares à avoir survécu.
Ils apprennent que Rick Flag est proche et décident d'aller le sauver en décimant sans difficulté le camp où il est retenu. Rick leur apprend que leurs récentes victimes sont en réalité des guérilleros luttant contre le nouveau président. Malgré cet accident, Sol Soria, la cheffe de la résistance, leur offre un moyen de locomotion et un chauffeur, nommé Milton, pour aller en ville retrouver le Penseur. Celui-ci s'est allié au président Luna, qui a appris l'existence du projet Starfish et estime que, grâce à lui, il pourrait assoir sa dictature sur les autres pays.
Harley Quinn est conduite à Luna qui est tombé amoureux d'elle et veut l'épouser ; pour lui, elle serait une épouse anti-américaine parfaite. Harley accepte après avoir passé une journée de rêve avec lui, mais le tue finalement après avoir appris ce qu'il voulait faire du projet Starfish (c'est-à-dire s'en servir pour éliminer ses opposants et toute leur famille, enfants compris). Le général Suarez prend donc la place du défunt président et envoie Harley en prison.
La Task Force X, qui n'est plus en contact avec Waller à cause de brouilleurs radio, se rend en ville et attend l'arrivée du Penseur en se saoulant dans un bar lors d'une tournée payée par Peacemaker. Ratcatcher 2 et Bloodsport apprennent à se connaître davantage. Au moment où le Penseur arrive, l'armée fait un contrôle d'identité en cherchant les Américains. Bloodsport, Peacemaker et Rick se font arrêter pour détourner l'attention et permettre à Polka-Dot Man, Ratcatcher 2, Milton et au Penseur de s'enfuir. Ils réussissent malgré tout à s'échapper des mains de l'armée et foncent sauver Harley après que Rick a su par leurs ravisseurs qu'elle était encore en vie. Au moment où ils sont à deux doigts de lancer l'assaut, Harley réussit à s'enfuir et à tuer tous les gardes à l'intérieur avec le javelot de Javelin. Elle rejoint les rangs de la Task Force X pour lancer l'assaut sur le laboratoire.
Arrivés au laboratoire après avoir massacré les gardes, ils se séparent en deux équipes (une pour préparer les bombes, l'autre pour détruire les preuves). Cependant, Rick et Ratcatcher 2 apprennent par le Penseur ce qu'est réellement le projet Starfish : il s'agit tout simplement d’une étoile de mer extraterrestre géante nommée Starro le Conquérant (en), qui avait été capturée par les Américains en mission spatiale il y a une trentaine d'années. Avec sa faculté de créer des mini-étoiles de mer connectées séparément à lui et qui lui permettent de prendre le contrôle de l'esprit des gens en se collant sur leur visage, les scientifiques ont vu en lui une arme aux pouvoirs dévastateurs. Pour éviter les soupçons, l'armée américaine l'a déplacé en secret au laboratoire de Jotunheim avec la complicité de Corto Maltese. Depuis ce jour, le Penseur a mené des expériences sur le monstre avec les opposants au régime qui lui ont servi de cobayes. D'un air narquois, le Penseur révèle que le gouvernement américain s'est moqué éperdument du nombre de morts. Le véritable objectif de la Task Force X a toujours été d'étouffer l'affaire.
Rick, horrifié d'apprendre que ce sont les Américains qui sont derrière le projet Starfish, se révolte et décide de récupérer les archives pour les dévoiler à la presse mondiale. Malheureusement, Peacemaker arrive et se révèle être un agent double dans cette histoire. Il avait sa propre mission, un plan d'urgence conçu par Amanda : empêcher quiconque de faire sortir ces archives et de les récupérer au cas où l'idée de les montrer leur viendrait en tête. Au même moment, Harley, Bloodsport et Polka-Dot Man font accidentellement exploser les bombes trop tôt à cause de l'arrivée de militaires, qui tuent au passage Milton, le chauffeur qui les a suivis un peu partout durant le film et que Polka-Dot Man est apparemment le seul à avoir remarqué. King Shark, quant à lui, découvre un aquarium et devient ami avec des poissons. Mais l'explosion des bombes affecte l'aquarium, en plus de la moitié de la tour, libérant les poissons qui se révèlent être une sorte de piranhas et essayent de tuer King Shark. Celui-ci tombe de plusieurs étages pour atterrir face à l'armée de Corto Maltese et il avale la tête d'un des supérieurs devant eux.
En bas, la vitre gardant le kaiju est démolie et le Penseur est déchiqueté par Starro en dépit de ses supplications. Rick Flag affronte Peacemaker. Bien qu'il ait l'avantage, ce dernier le tue par une lame plantée dans le cœur. Ratcatcher 2, ayant vu la scène, embarque les preuves mais Smith la poursuit et est sur le point de l'éliminer. De leur côté, Harley, Polka-Dot Man et Bloodsport ont survécu. Bloodsport tombe de plusieurs étages et atterrit face à Peacemaker. Un duel au pistolet s'amorce et Bloodsport réussit à tuer son adversaire d'une balle dans la gorge. Il récupère les preuves que Ratcatcher 2 a gardées. Starro se libère de ses entraves. Il prend possession de Suarez et de plusieurs centaines de soldats grâce à une multiplication de mini étoiles de mer et compte ainsi prendre le contrôle de la ville. Entretemps, Sol Soria et son armée tuent les derniers généraux qui voulaient accaparer le pouvoir.
Harley, Bloodsport, Ratcatcher 2, Polka-Dot Man et King Shark regardent partir Starro au loin, démolissant tout sur son passage. Ils apprennent que la mission est terminée pour eux. Waller préfère que la ville soit détruite car ce n'est plus leur problème ni pour elle, ni pour le gouvernement américain. Les cinq décident néanmoins de faire marche arrière pour anéantir Starro comme convenu, et Waller explose de rage en les rappelant. Alors qu'elle est à deux doigts de faire exploser la tête de Bloodsport, Flo Crawley la met K.O avec un club de golf et reprend le contrôle de la Task Force X avec John Economos et Emilia Harcourt. Les cinq combattent Starro comme ils peuvent mais il se révèle être beaucoup plus puissant qu'eux en envoyant au tapis Harley et King Shark et en tuant Polka-Dot Man. Ratcatcher 2 appelle les rats pour tuer Starro et se remémore un souvenir avec son père décédé qui l'a rendue heureuse. Harley fonce droit dans l’œil de Starro avec son javelot et entre à l'intérieur, permettant aux rats de le dévorer de l'intérieur. Starro s'avoue vaincu et dit avant de mourir à Bloodsport et Ratcatcher 2, via le corps du président Suarez, qu'il aurait aimé retrouver la joie dans l'espace d'où il venait.
Alors qu'ils commencent à être reconnus partout dans le monde comme des soldats héroïques, Bloodsport fait un marché avec Waller, qui a repris connaissance : si elle n'envoie pas sa fille en prison et qu'elle les libère, il n'enverra pas les archives du laboratoire à la presse. Waller accepte l'offre en lui disant qu'il a l'âme d'un chef. King Shark les rejoint et Harley devient ami avec Bloodsport après qu'elle a dit que Rick était un grand ami pour tous les deux. Harley, Bloodsport, Ratcatcher 2 et King Shark sont récupérés en hélicoptère et se reposent à son bord.
Scènes post-générique
Sur la côte sud de l'île, Weasel se révèle être en vie et, profitant que tout le monde l'ait oublié, s'enfuit dans la jungle.
À l'hôpital, John Economos et Emilia Harcourt découvrent un type retrouvé encore en vie dans les débris malgré son état critique. Il aurait agi héroïquement : il s'agit de Peacemaker. Les deux membres disent au médecin qu'ils auront besoin de lui pour de nouvelles missions.
Dixième film de l'univers cinématographique DC, il s'agit d'une suite indépendante de Suicide Squad (David Ayer, 2016).