故事发生在2029年。当时，X战警已经解散。作为为数不多的变种人之一，金刚洛根（休·杰克曼饰）和卡利班（斯蒂芬·莫钱特饰）照顾着年迈的X教授（帕特里克·斯图尔特饰）。由于年龄的增长，X教授已经失去了对自己超能力的控制。如果他不依赖毒品，他的超级大国将失去控制，并在全球范围内制造不可逆转的灾难。不仅如此，随着时间的推移，金刚狼的自愈能力逐渐减弱，其体能和力量早已大不如前。一天，一个陌生的女人找到了金刚狼，把一个叫劳拉（达芬·基恩饰）的女孩托付给了他，并让他把劳拉送到加拿大边境的“伊甸园”。洛根没有想到的是，劳拉实际上是一个通过植入自己的基因培养出来的人工突变体，而在传说中的伊甸园里，有一群孩子的情况与劳拉相似。邪恶的唐纳德（博伊德·霍尔布鲁克饰演）紧跟着洛根和他的团队的脚步，只有一个目标：彻底摧毁这群人造变种人。