近未来，奥特普能源公司研发出一种利用平行宇宙获取新能源的方法，并盛情邀请飞行员兼物理学家威廉·波特（丹·史蒂文斯 Dan Stevens 饰）协助。因为要照顾身为单亲妈妈的妹妹米娅和患有心理疾病的侄子东尼，威廉婉拒了奥特普的邀请，后抱着强烈的使命感和好奇心，决定投身新计划。不料，就在威廉穿越至另一个宇宙时，系统不稳定导致宇宙即将坍塌。面对机甲和反叛组织的追逐，威廉必须拼尽全力，为了保护心爱的家人和真实宇宙，尽快解决如同末日来临般的大危机。

故事发生在2029年，彼时，X战警早已经解散，作为为数不多的仅存的变种人，金刚狼罗根（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）和卡利班（斯戴芬·莫昌特 Stephen Merchant 饰）照顾着年迈的X教授（帕特里克·斯图尔特 Patrick Stewart 饰），由于衰老，X教授已经丧失了对于自己超能力的控制，如果不依赖药物，他的超能力就会失控，在全球范围内制造无法挽回的灾难。不仅如此，金刚狼的自愈能力亦随着时间的流逝逐渐减弱，体能和力量都早已经大不如从前。 某日，一位陌生女子找到了金刚狼，将一个名为劳拉（达芙妮·基恩 Dafne Keen 饰）的女孩托付给他，嘱咐他将劳拉送往位于加拿大边境的“伊甸园”。让罗根没有想到的是，劳拉竟然是被植入了自己的基因而培养出的人造变种人，而在传说中的伊甸园里，有着一群和劳拉境遇相似的孩子。邪恶的唐纳德（波伊德·霍布鲁克 Boyd Holbrook 饰）紧紧的追踪着罗根一行人的踪迹，他的目标只有一个，就是将那群人造变种人彻底毁灭。

影片以汪星人的视角展现狗狗和人类的微妙情感，一只狗狗陪伴小主人长大成人，甚至为他追到了女朋友，后来它年迈死去又转世投胎变成其他性别和类型的汪，第二次轮回狗狗变成了警犬威风凛凛，再次转轮回，又成了陪伴一位单身女青年的小柯基犬。在经历了多次轮回之后，最终回到最初的主人身边。

为了寻找新能源，俄罗斯意外地焕发了kolossus -一个巨大的机器人。与此同时，一条新的巨型鲨鱼出现，威胁全球安全。

自环球影业宣布《谍影重重4》的摄制计划起，马特·戴蒙(Matt Damonamon)与保罗·格林格拉斯(Paul Greengrass)是否再度加盟就成为了一直以来悬而未决的话题。 最近本片的编剧兼导演托尼·吉尔罗伊(Tony Gilroy)称戴蒙将不再参演本片，同样随之消失的还有杰森·伯恩这个角色。吉尔罗伊表示前三集的故事是本集故事的导火索，他希望在这部作品中描述一个更大的阴谋，并且将为杰森·伯恩未来的故事埋下伏笔。