某变种人杀手冲破了层层警戒线，意欲刺杀总统，幸好保镖关键的一枪，转危为安。关于变种人的问题，X教授（帕特里克·斯图尔特 饰）和史崔克将军发生了争执。金刚狼罗根（休·杰克曼 饰）回到了X教授的训练学校，见到了昔日好友暴风女（哈莉·贝瑞 饰）。后来，暴风女和简接到X教授的命令，前去调查刺杀事件的主谋。此时，训练学校却遭到史崔克（布莱恩·考克斯 饰）将军的突袭。后者还对塑料监狱服刑的万磁王（伊恩·麦克莱恩 饰）下手，激发其复仇之火。万磁王手下的蛇蝎女易容潜入司令部，盗取了秘密文件。在蛇蝎女的帮助下，万磁王越狱成功，对金刚狼讲述了他变身的缘由，令其大为震惊。期间，万磁王挟持了X教授，并利用催眠术实施邪恶的复仇计划……

19世纪末，人们对科学文明认识得还不是十分清楚，于是，罗伯特·安吉尔（休·杰克曼 饰）和阿尔弗雷德·波登（克里斯蒂安·贝尔 饰）的魔术让他们成为了伦敦城内的传奇人物。罗伯特·安吉尔出身贵族，魔术手段华丽丰富，是富人圈子里的表演常客。而阿尔弗雷德·波登即使出身平平，争强好胜的心智和充满创造力的魔术技巧，却也令他有了名气。两人自小本是要好的伙伴，然而，现在魔术界二人各有领地，并且都有野心想成为音乐大厅里的顶级魔术师，一番明争暗斗如箭在弦上。阿尔弗雷德·波登掌握了精彩的分身术，叫座又叫好。而罗伯特·安吉尔见形势不妙，搬来科学家助阵——他发明的交流电有无穷魔力，保证让观众目瞪口呆。二人出招接招，一来一往，争斗在剧烈升级，友谊和道德都被抛诸脑后，一场血案在悄悄酝酿。

具有特殊能力的一群变种人组成了一个维护世界的小组——X战警小队。成员包括能吸收对方记忆的小淘气（安娜·帕奎因 饰）、双眼能放致命射线的独眼狼、能随意控制气候的暴风女（哈莉·贝瑞 饰）、具有隔空取物和瞬间移动能力的琴葛蕾（法米克·詹森 饰）。 不久，金刚狼（休·杰克曼 饰）也出现了。不过金刚狼脾气暴躁、独来独往，X战警小队想极力拉拢金刚狼加入队伍，无奈孤傲的金刚狼一时也没有答应。邪恶轴心能控制磁力和地球引力的万磁王此时也在极力拉拢金刚狼，X战警小队不仅要费尽心思对付万磁王，还要小心亦正亦邪的金刚狼。他们能否取得最后的胜利？

十九世纪，罗马尼亚存在着一个人鬼共存的神秘地带：特兰西尼亚古镇。镇上有一支邪恶势力在天黑后统治着该地区，那就是吸血鬼德古拉（理查德·劳斯伯格 饰）领导的妖魔鬼怪。他们一到日黑就出来大肆杀戮，手段异常残忍。更加恐怖的是，这个队伍在不断壮大中，噬血的科学怪人也不远万里投靠了德古拉。罗马尼亚的天主教在多次征剿失利后，远赴美国请来了吸血鬼猎人范海辛（休·杰克曼 饰）。范海辛带着助手卡尔（大卫·文翰 饰）前往特兰西尼亚途中，巧合下救了另一位吸血鬼女猎人安娜（凯特·贝金赛尔 饰）。安娜因为家族世代受到德古拉的诅咒而家破人亡，从小练就了一套捕猎吸血鬼的本领。安娜和范海辛一拍即合，共同前往对付德古拉。

故事发生在并不遥远的未来，X战警遭遇了史上最大的生存危机。他们都被“特拉斯克工业”创始人玻利瓦尔·特拉斯克（彼特·丁拉基 饰）所制造并指挥的新型特种战斗机器人“哨兵”所猎杀，并有着被灭绝的危险。而这一切的根源是魔形女瑞雯（詹妮弗·劳伦斯 饰）在1973年刺杀了玻利瓦尔·特拉斯克。在得知幻影猫凯蒂（艾伦·佩姬 饰）利用穿越时空的能力帮助闪烁（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 饰）和万磁王（伊恩·麦克莱恩 饰）达成认同，决定让金刚狼罗根（休·杰克曼 饰）穿越回1973年，找到年轻的X教授查尔斯（詹姆斯·麦卡沃伊 饰）和年轻的万磁王艾瑞克（迈克尔·法斯宾德 饰）并说服他们一起阻止魔形女瑞雯的行动。于是，金刚狼罗根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。