这是一个没有悲伤、恐惧、痛苦和孤独的社会，然而，这里亦没有记忆、感情、颜色和音乐，社区领导者是这里的绝对权力，全权安排人们的工作、生活，甚至是情感。少年乔纳斯（布兰顿·思怀兹 Brenton Thwaites 饰）被选中成为了所谓的“记忆传授人”，他必须跟随上一任传授人（杰夫·布里吉斯 Jeff Bridges 饰）学习各种知识和技巧，以应付他即将遇到的难题。作为记忆传授人，乔纳斯将承受全部社会中本应该产生的负面情绪，然而，在感受到痛苦的同时，乔纳斯亦明白了什么是幸福和爱。当这个“完美社会”的真相呈现于乔纳斯面前时，他产生了想要逃跑的念头，然而，在这个社会里，这样的念头是绝对被禁止的。

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，决定让金刚狼（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）穿越回1973年，找到年轻的X教授（詹姆斯·麦卡沃伊 James McAvoy 饰）和年轻的万磁王（迈克尔·法斯宾德 Michael Fassbender 饰）并说服他们一起阻止魔形女的行动。于是，金刚狼踏上了回到过去的旅程，但是命运会不会发生逆转，任何人都无从知晓。