בשנת 1962, צ'ארלס קסבייר (ג'יימס מקאבוי) ואריק לנשר (מייקל פסבנדר) פוגשים זה את זה ומגלים כי שניהם בעלי כוחות על מיוחדים. בתחילה הם מתיידדים ומחליטים לנצל את כישוריהם כדי להגן על העולם, אך עם הזמן דרכיהם מתפצלות. צ'ארלס, בעל יכולות טלפתיות מרשימות, מאמין בשיתוף פעולה בין בני אדם למוטאנטים, בעוד שאריק, שמכונה מאוחר יותר מגנטו, רואה במוטאנטים את העם הנבחר ונאבק למען שליטתם. השניים מגייסים סביבם קבוצת מוטאנטים נוספים ומקימים צוות שנועד להתמודד עם איומים גדולים.
המוטאנטים מתמודדים עם איום ממשי כאשר דיקטטור מסוכן מנסה להוביל למלחמה עולמית. ממשלת ארצות הברית, שהכירה בסכנה, מגייסת את המוטאנטים כדי לעצור את התוכנית הקטלנית. צ'ארלס ואריק, יחד עם חבריהם החדשים, מתמודדים עם משימות מורכבות ומאבקים פנימיים שמעמידים במבחן את האידיאולוגיות והנאמנויות שלהם. הקונפליקט ביניהם מתגבר עד כדי יצירת מלחמה בין האחים של מגנטו לבין קבוצת האקס-מן שבראשות קסבייר. הסרט מתאר את ראשיתו של סכסוך עמוק בין שני מנהיגים שחברו בעבר, אך כעת עומדים זה מול זה במאבק על עתיד המוטאנטים והאנושות כולה. הסיפור מתמקד ביחסי החברות והבגידה, באתגרים שמציבים הכוחות העל טבעיים ובמאבק על זהות ושייכות בתוך עולם שמפחד ומנסה לשלוט בהם. ההחלטות של כל דמות משפיעות על גורל המוטאנטים והעולם כולו, כאשר כל צד נאבק לשמור על האמונות שלו ולהגן על אלו שהוא אוהב.
