O Doutor Stephen Strange (Benedict Cumberbatch) é um neurocirurgião conceituado de Nova Iorque. Depois de um terrível acidente de carro, fica com a mobilidade das suas mãos afectada, o que arruína por completo a sua carreira. Depois de várias intervenções cirúrgicas com o seu colega, o doutor Nicodemus West (Michael Stuhlbarg), Stephen Strange consegue recuperar a mobilidade parcial das mãos, mas não o suficiente para voltar a operar.
Após estes acontecimentos dramáticos e ter de abandonar a sua profissão, Stephen Strange decide fazer um retiro espiritual nos Himalaias, que irá mudar a sua vida por completo. Afastando-se da medicina tradicional, procura uma nova cura para a sua lesão. É aí que conhece Elder (Tilda Swinton), que lhe vai ensinar que o mundo em que vive é apenas uma realidade entre muitas outras. Vai descobrir um mundo escondido de dimensões mágicas, e durante o seu treino com um professor místico, os seus poderes psíquicos são revelados, tais como telepatia, projecção astral ou o teletransporte, que usará para combater o mal.
Baseado na personagem da Marvel Comics criada por Stan Lee e Steve Ditko em 1963, Doutor Estranho é realizado por Scott Derrickson e Kevin Feige é o produtor.
É protagonizado por Benedict Cumberbatch como Stephen Strange. O elenco também inclui Tilda Swinton, Rachel McAdams, Chiwetel Ejiofor, Michael Stuhlbarg, Scott Adkins e Mads Mikkelsen.