第一集中，变异人在X教授的指挥下，将邪恶的万磁王打入冷宫，但是依然得不到社会的承认。在一次政治要人遭到暗杀后，所有的矛头又一次指向变异人。这一次，X教授也感到压力大增，以致于跟美国总统都要就此事进行磋商。一个拥有很高声誉的前将军，率领着反对变异人的联盟连续对x教授施压。万磁王在这种情况下，不得不寻找与X教授联手抵抗前将军的方式。金钢狼的身世也将在本集中进一步揭开。

琴（法米克·詹森 Famke Janssen 饰）的死亡在X战警中造成了持续的影响，斯科特和金刚狼罗根（休•杰克曼 Hugh Jackman 饰）恍然若失。学院的教学任务落在了风暴女（哈莉•贝瑞 Halle Berry 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（伊安•麦克莱恩 Ian McKellen 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 Patrick Stewart 饰）和万磁王各自争取琴，她成为了改变异种人世界的关键人物…

冷战时期，布鲁斯·班纳（艾瑞克·巴纳 Eric Bana 饰）的父亲是美军的一位科学家，致力于研究通过基因改造让人类获得超强的能力，想以此为美军打造超级士兵。可是他的项目没有获得美军的支持，不能进行人体试验，疯狂的父亲为了完成试验就在刚出生的班纳身上进行基因试验。多年后，班纳成为了出色的科学家，专职为军方开发新型的高能炸弹。在一次例行的试验中，由于操作失误，班纳为了保护同事，受到了一场伽马射线的强力辐射。常人如果在这场射线爆炸下肯定必死无疑，可是班纳却活了下来。多年前，父亲在其身上做的试验也因这场核辐射生效。一旦班纳发怒时，就会诱发身体里的神秘力量，变为毫无意识的绿巨人，拥有超强的破坏力和反抗意识。因此，美国军方为了深入研究，开始围追堵截绿巨人……

1845年，尚年幼的维克多与詹姆斯兄弟俩在长辈之间一场突如其来争执中唤醒了自身的潜能，詹姆斯情急之下将陌生的生父杀死，自此兄弟两人流落战场，他们凭借不死不衰之身和野兽一般的天赋在各个时代的战争中大开杀戒，直到遇见史崔克少校并加入了他的异能人特殊部队。詹姆斯（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）很快厌倦了对弱势者的杀戮，离开了团队和维克多（列维·施瑞博尔 Liev Schreiber 饰），与女友凯拉隐居在山林中，做了一名伐木工人。六年后，詹姆斯惊闻昔日的超能力队友纷纷被杀害，而杀手正是哥哥维克多，不久连凯拉也遭其毒手，愤怒的詹姆斯与史崔克合作，将自己的身体改造，成为钢筋铁骨的“金刚狼”。金刚狼摆脱军方控制后，发誓要杀死维克多和史崔克为凯拉报仇……

位于加拿大的深山老林，背负着永生之苦的“金刚狼”罗根（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）隐居于此。在一次与猎人的冲突中，他得到东瀛女子雪生（福岛莉拉 饰）的帮助。雪生是罗根二战期间的旧相识矢志田派来的下属，似乎不久于人世的老友渴望死去之间再见罗根一面。跨越重洋的罗根终于见到在虚弱的矢志田，对方希望他能够保护自己的孙女真理子（冈本多绪 饰）。随着老人谢世，葬礼上突然战火点燃。罗根在雪生的帮助下拼死救出真理子，而矢志田的儿子信玄（真田广之 饰）似乎另有所图。逃亡途中，罗根意外发现他丧失了自愈的能力，金刚狼最大的危机降临…… 本片根据弗兰克·米勒（Frank Miller）的原著漫画改编。