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JenniferLawrence饰）在1973年刺杀了玻利瓦尔·特拉斯克（彼特·丁拉基PeterDinklage饰）。在得知“幻影猫”（艾伦·佩吉EllenPage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PatrickStewart饰）和万磁王（伊恩·麦克莱恩IanMcKellen饰）达成认同，决定让金刚狼（休·杰克曼HughJackman饰）穿越回1973年，找到年轻的X教授（詹姆斯·麦卡沃伊JamesMcAvoy饰）和年轻的万磁王（迈克尔·法斯宾德MichaelFassbender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。

　年轻的X教授查尔斯（詹姆斯·麦卡沃伊JamesMcAvoy饰）和万磁王埃里克（迈克尔·法斯宾德MichaelFassbender饰）是一对志向相投的好朋友。他们最早发现了自己的超能力，并与其他几个变种人一起在CIA工作。引发埃里克超能力的纳粹战争贩子肖（凯文·贝肯KevinBacon饰）一直试图挑起核战争，而想方设法挑起美苏两国的矛盾。埃里克和查尔斯一直与肖手下的变种人战斗，努力阻止肖的阴谋。肖怂恿苏联引发古巴导弹危机，查尔斯和埃里克获知消息后，在海湾与肖手下的变种人拉开了对决的一战。最终，肖被查尔斯和埃里克合力消灭。可是，在这个过程中，埃里克逐渐被肖的政治观点影响，与查尔斯产生裂痕。通过海湾的这一战，埃里克和查尔斯最终决裂，一方变成支持人类与变种人和平共存的X教授；另一方坚持通过消灭人类换来变种人兴起的观点，自称万磁王

施惠国爆发了全面战争，凯特尼斯（詹妮弗·劳伦斯JenniferLawrence饰）将在最后关头对峙斯诺总统（唐纳德·萨瑟兰DonaldSutherland饰）。在盖尔（利亚姆·海姆斯沃斯LiamHemsworth饰）、芬尼克（山姆·克拉弗林SamClaflin饰）和皮塔（乔什·哈切森JoshHutcherson饰）等好友的陪伴下，凯特尼斯和十三区的小队一起为了解放施惠国的人民而冒险抗争，并且策划暗杀越来越执迷于杀死她的斯诺总统。凯特尼斯将面对致命陷阱、劲敌和道义上的选择，而这些挑战都不曾出现在饥饿游戏的竞技场中。