Na de nederlaag van de onsterfelijke schurk Vandal Savage en de corrupte Time Masters die met hem samenspanden, duikt er een nieuwe dreiging op. Dr. Nate Heywood (nieuwe serie reguliere NICK ZANO), een onconventionele en charmante historicus, wordt in de actie geduwd na een schokkende ontdekking - de Legends of Tomorrow zijn verspreid door de tijd.

Nate moet een manier vinden om het geliefde team van helden en schurken van de Waverider te redden, waaronder de uitvinder van Star City, Ray Palmer, die een exopak heeft gemaakt met de kracht om hem te verkleinen tot minuscule afmetingen, als de Atom; Sara Lance, een getrainde huurmoordenaar die bekend staat als de Witte Kanarie; Professor Martin Stein en Jefferson "Jax" Jackson die samen de metahuman Firestorm vormen; en carrièrecrimineel Mick Rory, ook bekend als Heat Wave.

Wanneer de Legends in de jaren 40 de Justice Society of America (voorloper van DC's Justice League) tegenkomen, voegt Amaya Jiwe, ook bekend als Vixen, zich bij het team. Terwijl het team herenigd wordt, doemt een mysterie op: het lot van voormalig kapitein Rip Hunter.

Eenmaal herenigd, zetten de Legends hun nieuwe missie voort om de tijdlijn te beschermen tegen tijdelijke aberraties - ongebruikelijke veranderingen in de geschiedenis die mogelijk catastrofale gevolgen hebben. Wanneer Heywood, de kleinzoon van JSA-lid Commander Steel, onverwacht over krachten beschikt, moet hij zijn eigen onzekerheden overwinnen en de held in zichzelf vinden.

Uiteindelijk zullen de Legends botsen met vijanden uit het verleden en heden, om de wereld te redden van een mysterieuze nieuwe dreiging.