Dans un futur dystopique où les mutants sont traqués et exterminés par des robots géants, les Sentinelles, les X-Men envoient Wolverine dans le passé pour empêcher un événement clé qui a déclenché cette guerre sans merci. En 1973, il doit convaincre le jeune professeur Xavier et Magnéto de s’unir pour empêcher Mystique d’assassiner Bolivar Trask, le créateur des Sentinelles. Entre voyages dans le temps, combats épiques et dilemmes moraux, ce film mêle action, suspense et réflexion sur le destin et le libre arbitre.