Фильм, основанный на комиксах Marvel, представляет зрителю мир, где наряду с обычными людьми существуют мутанты — Homo Superior, следующий этап эволюции, обладающий сверхспособностями. Общество боится и ненавидит их, что приводит к расколу в рядах самих мутантов.
В Польше, 1944 год, юный Эрик Леншерр (будущий Магнето) в концлагере демонстрирует свою способность управлять металлом, когда его разлучают с родителями. В наши дни в США, в Капитолии, сенатор Роберт Келли продвигает закон о принудительной регистрации мутантов. В ответ на это таинственный злодей Мистик, способный менять облик, пробирается в его офис и демонстрирует свои способности, чтобы запугать политика.
В северной части Альберты (Канада) сбежавшая из дома девушка-подросток Мари (прозвище — Роуг) знакомится с грубым и нелюдимым мутантом Логаном (Росомахой), у которого из костяшек пальцев выдвигаются адамантиевые когти. На них нападает Саблезубый — подручный Магнето. Их спасает вмешательство Шторм и Циклопа, которые забирают Роуг и Логана в тайную школу для одарённых подростков профессора Чарльза Ксавьера.
В особняке Ксавьера Логан знакомится с другими мутантами: Джин Грей (телекинез и телепатия), Шторм (управление погодой), Циклоп (лазеры из глаз) и самим профессором Ксавьером (могущественный телепат). Профессор предлагает Логану остаться и найти ответы о его прошлом.
Тем временем Магнето, который пережил ужасы Холокоста и считает, что люди всегда будут преследовать мутантов, строит машину, способную превращать обычных людей в мутантов. Он похищает сенатора Келли и использует на нём машину. Эксперимент убивает сенатора, но перед смертью тот успевает добраться до особняка Ксавьера. Выясняется страшное: процесс превращения нестабилен и смертелен для человека.
Магнето планирует использовать свою машину во время саммита ООН на острове Эллис (рядом со Статуей Свободы), чтобы превратить всех мировых лидеров в мутантов. Его цель — «ускорить» эволюцию человечества и заставить людей почувствовать то же угнетение, что и мутанты.
Ксавьер с помощью Церебро (устройства для усиления телепатии) пытается найти Магнето, но его предаёт Мистик, пробравшаяся в школу под видом Росомахи. Церебро выходит из строя, едва не убив Джин Грей.
Росомаха, Роуг и другие Люди Икс отправляются на остров Эллис, чтобы остановить Магнето. Происходит грандиозная битва:
- Шторм и Джин Грей спасают Роуг от Саблезубого.
- Циклоп вступает в схватку с Мистик.
- Росомаха сражается с Саблезубым на голове Статуи Свободы.
Логан останавливает механизм машины, спасая жизни делегатов. Профессор Ксавьер вступает в телепатическую дуэль с Магнето прямо в голове последнего. Магнето побежден и заключен в созданную им же пластиковую тюрьму.
Фильм заканчивается тем, что Логан уезжает на своём мотоцикле на север Канады в поисках своего прошлого. В школе Ксавьера сенатор Келли (на самом деле Мистик в его облике) предупреждает Магнето о том, что война между людьми и мутантами только начинается. Профессор Ксавьер навещает Магнето в тюрьме, и они играют в шахматы, обсуждая будущее их вида. Фильм закладывает основу для вечного конфликта: борьбы за принятие и выживание в мире, который их боится.