近未来,天才科学家威尔·卡斯特(约翰尼·德普 Johnny Depp 饰)开发出最接近人类的人工智能机器人“品(Pin)”,他在收获来自科学界的美誉同时,也遭到无数反对者的诟病与抨击。在某次会议之后,威尔遭到激进组织成员的枪击,虽然当时侥幸逃生,但涂抹了放射性物质的子弹还是慢慢销蚀了威尔的生命。威尔的妻子兼研究伙伴伊芙琳(丽贝卡·豪尔 Rebecca Hall 饰)自然痛不欲生,但她却和丈夫的好友马克斯(保罗·贝坦尼 Paul Bettany 饰)设法,将威尔的意识数据化上传到智能电脑中。奇妙而幸运的是,威尔成功在虚拟世界中复生。
他的天才头脑和先进科技完美融合,只是没人能够想到,这种局面对人类来说究竟是幸运还是灾难……
故事的设定发生在当下,变种人族群遭到了前所未有的毁灭性打击,而这一切的根源是“魔形女”瑞文(詹妮弗·劳伦斯 Jennifer Lawrence 饰)在1973年刺杀了玻利瓦尔·特拉斯克(彼特·丁拉基 Peter Dinklage 饰)。在得知“幻影猫”(艾伦·佩吉 E llen Page 饰)利用穿越时空的能力帮助Blink(范冰冰 饰)等战友逃脱巨型机器人“哨兵”的追杀后,X教授(帕特里克·斯图尔特 Patrick Stewart 饰)和万磁王(伊恩·麦克莱恩 Ian McKellen 饰)达成认同,决定让金刚狼(休·杰克曼 Hugh Jackman 饰)穿越回1973年,找到年轻的X教授(詹姆斯·麦卡沃伊 James McAvoy 饰)和年轻的万磁王(迈克尔·法斯宾德 Michael Fassbender 饰)并说服他们一起阻止魔形女的行动。于是,金刚狼踏上了回到过去的旅程,但是命运会不会发生逆转,任何人都无从知晓。