Lähitulevaisuudessa ihmiset ja mutantit ovat toistensa kintereillä, jokainen huolissaan siitä, mitä tulevaisuus heidän lajilleen tuo tullessaan. Syntyy sota: toisella puolella epärehelliset mutantit, johtaen voimakas ja älykäs Magneto (Ian McKellen), ja toisella puolella Yhdysvaltain senaattori Kelly (Bruce Davison) sekä ne ihmiset, jotka pelkäävät mutantteja. Keskellä on professori Charles Xavier (Patrick Stewart), mutantti, jolla on kyky lukea ajatuksia, Xavier School for Gifted (read: mutants) Youngstersin johtaja, sekä X-Menien johtaja, vahva mutanttien konserni, jolla on ainutlaatuisia ja voimatekijöitä, jotka taistelevat oikeuden ja rauhan puolesta. Kun nuori tyttö, myöhemmin Rogueksi nimetty (Anna Paquin, The Piano), karistaa kotinsa, kun hän löytää mutanttiensa tappavan voiman, hän tapaa salaperäisen hahmon syvässä ei-ihmisten maan sydämessä nimeltä Logan (Hugh Jackman, Australia), itsekin mutantti, jolla on uusiutumiskykyjä. Paripari joutuu Magneto’n jengin hyökkäyksen kohteeksi, mutta heidät pelastaa kaksi X-Meniä, Cyclops (James Marsden) ja Storm (Halle Berry). Logan ja Rogue viedään takaisin X-Menien päämajaan, missä heitä hoitaa tohtori Jean Grey (Famke Janssen) ja heille annetaan luvan jäädä. Kun Magneto’n suunnitelmat Loganin ja Rogue’n hyökkäysten toteuttamiseksi tulevat julki, tiimin on pyrittävä estämään (vihollisen) juonta, joka voisi aloittaa sodan ihmisisäntäisen maailman kanssa — ja maksaa yhden omasta elämästään.