故事的设定发生在现代，变种人社群遭受了前所未有的毁灭性打击，而这一切的根源就是“魔形女”乌鸦（詹妮弗·劳伦斯JeifeLawece饰）在1973年刺杀了玻利瓦尔·泰迪。拉斯克（皮特·皮特迪克拉格）。在得知“幻影猫”（艾丽·佩姬饰）利用穿越时空的能力帮助布利克（范冰冰饰）等战友逃离巨型机器人“哨兵”后，X教授（帕特里克·斯图尔特饰）和万磁王（伊恩麦凯伦）达成协议，决定让金刚狼（休·杰克曼）穿越回1973年，寻找年轻的X教授（詹姆斯·麦卡沃伊）和年轻的万磁王（迈克尔·法斯宾德），并说服他们一起阻止魔形女。于是，金刚狼踏上了回到过去的旅程，但命运是否会逆转谁也不知道。
