位于加拿大的深山老林，背负着永生之苦的“金刚狼”罗根（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）隐居于此。在一次与猎人的冲突中，他得到东瀛女子雪生（福岛莉拉 饰）的帮助。雪生是罗根二战期间的旧相识矢志田派来的下属，似乎不久于人世的老友渴望死去之间再见罗根一面。跨越重洋的罗根终于见到在虚弱的矢志田，对方希望他能够保护自己的孙女真理子（冈本多绪 饰）。随着老人谢世，葬礼上突然战火点燃。罗根在雪生的帮助下拼死救出真理子，而矢志田的儿子信玄（真田广之 饰）似乎另有所图。逃亡途中，罗根意外发现他丧失了自愈的能力，金刚狼最大的危机降临……
本片根据弗兰克·米勒（Frank Miller）的原著漫画改编。

贫苦的冉·阿让（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）为了挨饿的孩子去偷面包，结果被判处19年的苦役。出狱后，走投无路的他偷走了收留他过夜的主教的银器潜逃，被警察捉回。主教声称银器是送给他的，使他免于被捕。主教的言行感化了他，他化名马德兰，从此洗心革面奋发向上开始新生活。但缉拿过他的警长沙威（罗素·克劳 Russell Crowe 饰）却一心要找他麻烦。在得知了芳汀（安妮·海瑟薇 Anne Hathaway 饰）的悲惨遭遇后，他承诺照顾她的私生女柯赛特（阿曼达·塞弗里德 Amanda Seyfried 饰）。八年后，柯赛特爱上了共和派青年马利尤斯（埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 饰），轰轰烈烈的巴黎人民起义爆发了，无赖德纳迪埃（萨莎·拜伦·科恩 Sacha Baron Cohen 饰）和他又狭路相逢，而多年来从未放弃追捕他的沙威又出现在他的面前……

镭射眼、琴·葛蕾、暴风女是X战警的核心人物。而X战警队伍来了一位危险人物——金刚狼，他是个脾气暴躁，几乎不受控制的变种人，使X战警内部危机四伏。更糟的是，又来了一个反派人物“万磁王”，它能控制地球磁场和金属。 而且还憎恨人类，认为变种人比人类更优秀，应该主宰人类。而誓死保卫人类的X战警，将会发现他们在尽力保卫人类之时，人类也对他们也产生了极大的恐惧，双方关系渐渐紧绷。X战警必须面对金刚狼的脾气暴躁与万磁王的到处杀戮，X战警陷入了进退两难的重重危机中。

年轻的X教授查尔斯（詹姆斯·麦卡沃伊 James McAvoy 饰）和万磁王埃里克（迈克尔·法斯宾德 Michael Fassbender 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 Kevin Bacon 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......

十九世纪，罗马尼亚存在着一个人鬼共存的神秘地带――特兰西尼亚古镇。镇上有一支邪恶势力在天黑后统治着该地区，那就是吸血鬼德古拉（理查德•劳斯伯格 Richard Roxburgh 饰）领导下妖魔鬼怪。他们一到日黑就出来大肆杀戮，手段异常残忍。更加恐怖的是，这个队伍在不断壮大中，噬血的科学怪人也不远万里投靠了德古拉。 罗马尼亚的天主教在多次征剿失利后，远赴美国请来了吸血鬼猎人范海辛（休•杰克曼 Hugh Jackman 饰）。范海辛带着助手前往特兰西尼亚途中，巧合下救了另一位吸血鬼女猎人――安娜（凯特•贝金赛尔 Kate Beckinsale 饰）。安娜因为家族世代受到德古拉的诅咒而家破人亡，从小练就了一套猎鬼本领。安娜和范海辛一拍即合，共同前往对付德古拉……

琴的死亡在X战警中造成了持续的影响，斯科特和罗根恍然若失。学院的教学任务落在了暴风女和金刚狼等人的肩上，变种人在这里才能得到身份的认同。某公司从一名变种人儿童的基因中提取出了还原变异的X基因的“解药”，可以令变种人的身体与常人无异，“解药”的问世在变种人中引起了强烈反响，万磁王四处联系不愿改变体质的变种人，试图用暴力反抗人类社会的不公平待遇。金刚狼等人发现琴并未死去，而且她被唤醒的第二重人格拥有极为强大的力量，X教授和万磁王各自争取琴，她成为了改变变种人世界的关键人物。

银行出纳员盖（瑞安·雷诺兹 饰）发现自己其实是开放世界电子游戏中的背景角色，于是决定成为英雄，并改写自己的故事。现在，在一个没有限制的世界里，他决心以自己的方式拯救他的世界，以免为时过晚。

变种人天启（奥斯卡·伊萨克 Oscar Isaac 饰）诞生于人类文明的最开端，被人类当做神一般敬仰膜拜，然而，这样的他，却遭到了他最蔑视的人类的背叛，被埋葬于废墟石砾之下，一晃眼就是数千年过去。
一场意外使得沉睡千年的天启从混沌中醒来，重返人间的他却发现曾经高贵的变种人，如今境遇十分糟糕。为了创造一个属于变种人的新世界，他找到了暴风女（亚历山德拉·西普 Alexandra Shipp 饰）、灵蝶（奥立薇娅·玛恩 Olivia Munn 饰），天使（本·哈迪 Ben Hardy 饰），还有想要过平凡生活却依旧遭到人类驱逐的万磁王（迈克尔·法斯宾德 Michael Fassbender 饰）组成了天启四骑士。在察觉到天启的动向后，X教授（詹姆斯·麦卡沃伊 James McAvoy 饰）带领着魔形女（詹妮弗·劳伦斯 Jennifer Lawrence 饰）、野兽（尼古拉斯·霍尔特 Nicholas Hoult 饰）和凤凰（索菲·特纳 Sophie Turner 饰）等人，发誓要粉碎天启的阴谋。

在一次政治要人遭到暗杀后，所有的矛头又一次指向变种人。这一次，X教授也感到压力大增，以致于跟美国总统都要就此事进行磋商。一个拥有很高声誉的前将军，率领着反对变种人的联盟连续对X教授施压。万磁王在这种情况下，不得不寻找与X教授联手抵抗前将军的方式。金钢狼的身世也将进一步揭晓。

19世纪末，人们对科学文明还不是认识得太过清楚，于是，安吉尔（休•杰克曼Hugh Jackman饰）和伯登（克里斯蒂安•贝尔Christian Bale饰）的魔术，成为了伦敦城内的神奇人物。安吉尔出身贵族，魔术手段华丽丰富，是富人圈子里的表演常客。而伯登即使出身平平，争强好胜的心智和充满创造力的魔术技巧，却也令他有了名气。两人自小本是要好的伙伴，然而，现在魔术界二人各有领地，并且都有野心想成为音乐大厅里的顶级魔术师，一番明争暗斗如箭在弦上。伯登掌握了精彩的分身术，叫座又叫好。而安吉尔见情势不妙，搬来科学家助阵——他发明的交流电有无穷魔力，保证让观众目瞪口呆。二人出招接招，一来一往，争斗在剧烈升级，友谊和道德都被抛诸脑后，一场血案在悄悄酝酿。

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”瑞雯（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“小淘气”（艾利奥特·佩吉 Elliot Page 饰）利用穿越时空的能力帮助“闪烁”（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……