公元2035年，人类被12只猴子军研制的一种病毒侵袭，大部分人类都在这场病毒灾难中死亡，只有少数人侥幸逃生，但也只能在阴暗的地下，苟且偷生。
科学家们决定派人穿越时光回到1996年追查12只猴子军的来历。囚徒詹姆斯·科尔(布鲁斯·威利斯 Bruce Willis 饰)被 挑选为志愿者。阴差阳错，科尔回到了1990年，当他向当时的人们描述未来的那场大灾难时，被当作精神病捉了起来并被医生凯瑟琳·雪莉（玛德琳·斯通 Madeleine Stowe 饰）诊断为精神分裂症。科尔在病友杰弗里·戈因斯帮助下逃脱，回到了未来。因为没查清12只猴子军的来历，科尔再次被派回了1996年。
科尔这次发现了12只猴子军的起源地在费城，他找到了医生凯瑟琳，二人一起展开了追查12只猴子军的冒险之旅!

几世纪前，帕纳索斯博士（Christopher Plummer 饰）还是一名德高望重的僧侣，他在与世隔绝的荒山野岭中讲述永恒的故事。某天，魔鬼尼克（Tom Waits 饰）不请自来。在他的引诱下，帕纳索斯与魔鬼作赌注，最终如愿得到永恒的生命。
时间到了现在，博士带着由女儿瓦莲蒂娜（莉莉·科尔 Lily Cole 饰）、青年安东（Andrew Garfield 饰）、侏儒波西（Verne Troyer 饰）组成的奇幻马戏团周游各地。就在女儿将满16岁时，尼克再次出现。原来，博士曾爱上一个女子（Lily Cole 饰），但永恒的生命却没有永恒的青春，为了和爱人厮守，他又和魔鬼作了一次愚蠢的赌注，而他恢复青春的代价就是要将第一个孩子献给魔鬼。践约的日子越来越近，烦恼的博士再与魔鬼作赌，只要他最先收集到5个灵魂便可保住女儿。这时，落魄的东尼（希斯·莱杰 Heath Ledger 饰）适时出现……