故事背景設定在 60 年代──太空時代的開端，那個時期是歌舞昇平、充滿希望的年代。但也是冷戰的高峰，美國與蘇聯間逐漸升高的緊張局勢，對全球造成威脅，世界也在此時發現變種人的存在。每個人都擁有超能力，但是有的人一輩子都不曾開發，有的人則因為展現了其特殊能力而被視為異類，並且遭受排擠。所謂的「X戰警」就是屬於後者，被正常人類視為異類的變種人。

二大對立團隊首領 X 教授和萬磁王還是年輕小伙子的時期，他們分別只是叫做查爾斯賽維爾（詹姆斯麥艾維 飾）和艾瑞克藍歇爾（麥克法斯賓達 飾）的正常人而已，直到各自遭遇到不同事件時，才發現自己擁有與眾不同的超能力。兩人因緣際會下成了出生入死的好友，他們接納所有變種人並且努力地維護世界和平，當國家陷入危機時，他們會挺身而出並使用獨特的超能力互相支援，對於要破壞和平的變種人他們也會極力討伐。

然而，查爾斯和艾瑞克面臨一次又一次現實的考驗，無情地打擊彼此的信念和堅實的友情，於是，兩人之間的裂痕也逐漸擴大。查爾斯認為要導正超能力使用才能和人類和平共處，艾瑞克則主張要脫離人類並以超能力來統治世界。就在面臨世界大戰即將開打，他們如何導正自己的超能力以不致被人類視為威脅，又如何在異中求同，合力殲滅共同的敵人以解除階段性危機呢？