In der Zukunft stehen die Mutanten kurz vor dem Aussterben, weil sie von Killer-Robotern gejagt und getötet werden: den Sentinels. Aufgrund der Bedrohung arbeiten die Gegner Magneto (Ian McKellen) und Charles Xavier (Patrick Stewart) zusammen – ihr Plan sieht vor, den Terror durch die Sentinels gar nicht erst zuzulassen. Dazu schicken sie Wolverines (Hugh Jackman) Bewusstsein mit Hilfe von Kitty Pryde (Ellen Page) in die Vergangenheit, da sich sein Geist von den Folgen einer solchen Zeitreise erholen kann. In der Vergangenheit soll Wolverine eine Tat Mystiques (Jennifer Lawrence) verhindern, die den Bau der Sentinels erst möglich machte; der Eingriff würde also die Zukunft im Sinne der Mutanten verändern. Doch dafür muss Wolverine erst ein Team aus Mutanten zusammenstellen – was sich als schwierig erweist. Der junge Charles Xavier (James McAvoy) etwa ist in einem miserablen psychischen Zustand…