故事的设定发生在当下，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”瑞文（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“幻影猫”（艾伦·佩吉 E llen Page 饰）利用穿越时空的能力帮助Blink（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，
检察官哈维·登特（艾伦·艾克哈特 Aaron Eckhart 饰）死后的八年间，哥谭市在戈登警长（加里·奥德曼 Gary Oldman 饰）的努力下有效地遏制了犯罪活动。而蝙蝠侠布鲁斯·韦恩（克里斯蒂安·贝尔 Christian Bale 饰）因为背负谋杀登特的罪名，被 警方通缉，在哥谭市销声匿迹。然而，这看似平静的状态被恐怖分子贝恩（汤姆·哈迪 Tom Hardy 饰）的出现打破，他利用猫女（安妮·海瑟薇 Anne Hathaway 饰）偷取布鲁斯的指纹，致使韦恩集团面临破财，布鲁斯被赶出董事会。为了保
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。
