W niedalekiej przyszłości mutanci żyją w ciągłym zagrożeniu. Są skutecznie ścigani przez Sentinele, 5,5-metrowe mordercze machiny, które nie tylko wykrywają gen mutacji, ale także przejmują moce i wygląd swoich ofiar. By przetrwać, mutanci muszą wpłynąć na historię i sprawić, żeby Sentinele nigdy nie powstały. Jedynym, który dzięki umiejętności regeneracji może przeżyć podróż w czasie jest Woverine (Hugh Jackman). Jego zadaniem jest cofnąć się do lat 70.