本片根据英国作家据夏洛蒂·勃朗特同名原著改编。从小失去父母的简·爱寄居在舅妈家，自幼受尽表兄欺辱和舅妈冷眼，稍大些后即被送入管教严格的教会女子学校。在冷漠、刻板环境中长大的简·爱并没有成为心理扭曲的女孩， 而是自立自强，还积累了不凡的学识修养，成年后她成为桑菲尔德贵族庄园的家庭教师。男主人罗切斯特先生个性暴燥，行事神秘。开始简并不喜欢这男主人，可随着二人慢慢熟悉，罗切斯特先生体会到简·爱的与众不同，并渐渐爱上她，简·爱亦受到罗切斯特先生的强烈吸引，但是大宅夜晚总会发生一些怪事，这个庄园中似乎隐藏着惊人的秘密……

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……

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？

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。

琴葛蕾（法米克·詹森 饰）的死亡在X战警中造成了持续的影响，斯科特（詹姆斯·麦斯登 饰）和金刚狼罗根（休·杰克曼 饰）恍然若失。学院的教学任务落在了暴风女（哈莉·贝瑞 饰）和金刚狼等人的肩上，异种人在这里才能得到身份的认同。某公司从一名异种人儿童的基因中提取出了还原变异的X基因的“解药”，可以令异种人的身体与常人无异，解药的问世在异种人中引起了强烈反响，万磁王（伊恩·麦克莱恩 饰）四处联系不愿改变体质的异种人，试图用暴力反抗人类社会的不公平待遇。金刚狼等人发现琴葛蕾并未死去，而且她被唤醒的第二重人格拥有极为强大的力量，X教授（帕特里克·斯图尔特 饰）和万磁王各自争取琴葛蕾，她成为了改变异种人世界的关键人物……