Met Magneto (Ian McKellen) gevangen in een speciale houdkamer, maar het anti-mutant sentiment blijft sterk, opent X2 met een mutant-infiltratie van het Witte Huis waar een duidelijke boodschap wordt overgebracht -- "Mutant freedom now." Professor Xavier (Patrick Stewart) en het team gaan op zoek naar het echte doel van de aanval -- en wie erachter zit. Storm (Halle Berry) en Dr. Jean Gray (Famke Janssen) ontrafelen de identiteit van de aanvaller, een voormalige circus-artiest-mutant genaamd Nightcrawler (Alan Cumming) met het vermogen om te teleporteren. Ondertussen brengen Xavier en Cyclops (James Marsden) een bezoek aan een oude vriend -- Magneto -- en ontdekken een complot van William Stryker (Brian Cox), een man met een persoonlijke wrok tegen mutanten en Professor Xavier, om alle mutanten te vernietigen door gebruik te maken van Xavier's eigen krachten tegen hen. Het is aan Wolverine (Hugh Jackman), Rogue (Anna Paquin) en het X-Men-team -- samen met een paar verrassende bondgenoten -- om Stryker te stoppen voordat het te laat is.