未来世界陷入外星人入侵的恐慌中，军事演说家凯奇少校（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）畏惧上战场，他从没想过将军（布莱丹·格里森 Brendan Gleeson 饰）会让他去指挥即将开始的“诺曼底战役”，拒绝接受命令之后将军居然恶整了他，那就是把他当做逃兵扔进了军 营中。凯奇被归入了J小队中进行战斗，战役的第一天就惨死在战场，没想到这一死让他拥有了时空循环的能力，而唯一相信他的人就是被称为“全金属战士”的丽塔·沃拉塔斯基（艾米莉·布朗特 Emily Blunt 饰）。二人开始了时空循环作战，在训练凯奇的同时他们发现了控制时间的奥秘，这与外星人“主脑”欧米茄有关，但是唯一能取得胜利的方法就是让凯奇不断死去、不断重启时间。在不断重复登陆那天的战斗的同时，凯奇越来越不想失去丽塔……

在对抗外星人的入侵并成功封住虫洞的十年后，人类从废墟中站起来。他们忘记了恐惧，纵情狂欢，其中便包括斯特克·潘特考斯特将军的儿子杰克（约翰·博耶加 John Boyega 饰）。在一次偷到废弃机甲零件的过程中，他偶然遭遇以一己之力组装迷你机甲的少女阿玛拉（卡莉·史派妮 Cailee Spaeny 饰）。此后，在姐姐森麻子（菊地凛子 饰）的安排下，杰克和阿玛拉莫玉兰基地接受机甲驾驶员的培训工作。与此同时，总部位于上海的邵氏集团，在总裁邵丽雯（景甜 饰）的主持下，正致力于以无人机甲取代传统机甲。就在这关键时刻，一个与复仇流浪者极其相似的黑色机甲突然出现，并向人类展开了无情杀戮。
人们发现，遥远的外星“先驱”仍在蠢蠢欲动，时刻等待着消灭地球人的时机……