時に西暦２０２３年。対ミュータント兵器「センチネル」の猛攻により、ミュータントだけでなく人類全て一緒に絶滅の危機に瀕していた。プロフェッサーＸ（パトリック・スチュワート）とマグニート（イアン・マッケラン）は最後の手段として、５０年前、この兵器が開発された過去にメンバーの意識を送り込む事にする。そんな事が可能なのは不死の体をもつウルヴァリン（ヒュー・ジャックマン）しかいない！　メンバーの特殊能力で無事５０年前にタイムトリップを果たした彼は、まず５０年前のプロフェッサー（ ジェームズ・マカヴォイ ）を探し当てる。