《X戰警:未來昔日》從2023年的未來,穿越時空,拉回到1973年的過去。到了2023年的世界,人類對變種人趕盡殺絕,這時變種人已剩不多,因為「哨兵」機器人軍團過於強大。
年輕一代仍倖存的變種人,包括「幻影貓」琪蒂普萊德(艾倫佩姬飾)、「鋼人」彼得拉斯普廷(丹尼爾庫德摩爾飾)、「冰人」鮑比杜瑞克(肖恩阿什莫飾)、「閃爍」克拉麗斯弗格森(范冰冰飾)、太陽黑子(亞當坎圖飾)、「主教」盧卡斯(歐馬希飾)等與年長一代的「X教授」查爾斯(派崔克史都華飾)、「萬磁王」艾瑞克(伊恩麥克連飾)、「金鋼狼」羅根(休傑克曼飾)、「暴風女」奧洛羅(荷莉貝瑞飾)退守在中國長城附近的寺廟做最後的抵抗。
想改變這樣的局面,解救這場戰爭的浩劫,必須回到一開始的原點,那就是阻止「變形女」瑞雯(珍妮佛勞倫斯飾)刺殺哨兵機器人計畫的創始人崔斯克。