Film rozpoczyna się od sceny rozgrywającej się w Polsce, w której młody Magneto (Brett Morris) zostaje rozdzielony w obozie koncentracyjnym ze swoimi rodzicami. Trauma, której doświadcza, uwypukla jego nadprzyrodzone zdolności i wprowadza w niedowierzanie żołnierzy SS.

Następnie przenosimy się do przyszłości, w której w opinii publicznej toczy się debata czy Mutanci powinni być pełnoprawnymi członkami społeczności, czy są dla niej zagrożeniem i powinni zostać oddzieleni. Za usunięciem ich ze wspólnej przestrzeni oręduje Senator Robert Kelly.

Nie wszyscy jednak są wrogo nastawieni do odmienności. Profesor Charles Xavier (Patrick Stewart) założył szkołę dla dzieci i młodzieży z nadprzyrodzonymi zdolnościami, w której mogą czuć się bezpieczni i dalej rozwijać swoje moce. Wierzy w to, że dla każdego znajdzie się miejsce na Ziemi i że da się zbudować jedną wspólnotę.

Gdzieś w innym zakątku Stanów Zjednoczonych nastoletnia Marie/Rogue (Anna Paquin) odkrywa, że jej dotyk jest śmiertelną bronią i potrafi sprawić, że ukochany po kilkusekundowym kontakcie zapada w śpiączkę na dwa tygodnie. Nie rozumiejąc co i dlaczego się z nią dzieje, a także chcąc chronić najbliższych przed sobą, ucieka. Po drodze trafia na Logana/Wolverine’a (Hugh Jackman), który utrzymuje się z walk w klatkach. Wkrótce wychodzi na jaw, że on również nie jest zwyczajnym śmiertelnikiem, ma zdolność do samo regeneracji oraz metalowe szpony, które wyłaniają się z jego pięści.

Pomiędzy nimi nawiązuje się nić porozumienia, za której sprawą wyruszają razem w drogę, niespodziewanie przerwaną zasadzką przygotowaną przez Sabertootha (Tyler Myne). Wskutek obrażeń trafiają do akademii Profesora Xaviera. Poznają tam dr Jean Grey (Famke Janssen), a także pozostałych dorosłych Mutantów – Scotta Summersa/Cyklopa (James Marsden), który dosłownie zabija wzrokiem oraz Ororo Munroe/Storm (Halle Berry) władającą piorunami.

Dowiadują się również, że nie każdy jest tak pokojowo nastawiony do koegzystowania ludzi z Mutantami. Zagorzałym przeciwnikiem tej koncepcji jest mistrz magnetyzmu – Erik Lehnsherr/ Magneto (Ian McKellen), który dochodzi do wniosku, że jedynym rozwiązaniem jest wielka wojna.