Historia completa
La película abre con dos flashbacks. En 1986, Charles Xavier y Erik Lehnsherr visitan juntos la casa de la pequeña Jean Grey para invitarla a la escuela. Diez años después, el joven Warren Worthington III intenta cortarse las alas en el baño, y su padre descubre que su hijo es mutante.
En el presente, la empresa de Warren Worthington II anuncia una “cura” para el gen mutante, creada a partir de un niño llamado Jimmy, Leech, que anula los poderes de quien se le acerca. La noticia divide a la comunidad. Pícara, que no puede tocar a nadie, piensa en serio en tomarla. Magneto reúne una nueva Hermandad y promete guerra. Cuando un convoy intenta llevarse presa a Mística, él la libera, pero ella recibe un dardo de la cura en su lugar, pierde sus poderes y él la abandona. Más tarde, ella le dice al gobierno dónde se esconde Magneto.
Cíclope, todavía destrozado, vuelve al lago Alkali y encuentra a Jean viva. Ella lo besa y él desaparece. Wolverine y Tormenta la llevan inconsciente a la mansión, y Xavier explica que hace años bloqueó una segunda personalidad dentro de ella, Fénix, con un poder casi ilimitado. Jean despierta, huye a la casa de su familia y allí se encuentran Magneto y Xavier. Fénix toma el control y desintegra al Profesor frente a todos. Jean se va con la Hermandad.
Sin su mentor, los X-Men se reorganizan bajo el mando de Tormenta, con Bestia de vuelta en el equipo. Magneto ataca la isla de Alcatraz, donde está la base de la cura. Arranca el Golden Gate de su lugar para crear un puente hasta la isla. Los X-Men resisten, Bestia le clava dardos de la cura a Magneto y él pierde sus poderes. Jean, fuera de control, empieza a deshacer todo a su alrededor. Solo Logan logra llegar hasta ella, regenerándose a cada paso. En un último momento de lucidez, Jean le pide que la salve, y Logan la mata con sus garras.
Al final, Tormenta dirige la escuela, Bestia se vuelve embajador ante la ONU y Pícara regresa curada con Bobby. En un parque, Magneto, solo, hace que una pieza de ajedrez de metal se mueva un poco: el efecto de la cura quizá no sea permanente. Tras los créditos, Moira MacTaggert atiende a un paciente en coma, y él la saluda con la voz de Xavier. Eso queda abierto.