O filme começa em 1944 num campo de concentração, a mesma cena vista no primeiro X-men, onde um jovem polonês consegue mover um portão de ferro dos nazistas sem toca-lo. O Jovem é nocauteado e levado a um cientista nazista chamado Schimidt que fica interessado nele. Enquanto isso em Nova York um menino telepata encontra na sua cozinha uma menina que consegue mudar de forma e está se passando pela mãe dele. Ele promete que ela não vai mais precisar entrar nas casas disfarçadas e promete cuidar dela. Eles são Charles Xavier e Mistica. O menino que moveu o portão, se chama Eric e o Dr. Schimidt o manda mover uma moeda enquanto aponta uma arma para a mãe de Eric, para obriga-lo a agir. Quando Eric não consegue, Schimidt atira nela. Quando Erik vê, seu poder finalmente se manifesta.
O tempo passa e chegamos a 1962 onde vemos Erik, agora adulto a caça dos nazistas que destruíram sua infancia. O ultimo de sua lista é o Dr. SChimidt. Ao mesmo tempo, Xavier está se formando como professor com um doutorado em genética. Os caminhos dos dois se cruzam quando Xavier e mística recrutados pela agente do FBI Moira Mactargget tentam capturar os membros do Clube do Inferno, um grupo de ricaços que estão tentando causar uma guerra nuclear por jogar os EUA contra a Russia e vice e versa. Na verdade, eles são mutantes lideradors por Sebastian Shaw, o Dr schimidt que Erik tanto perseguia e seu grupo que contava com Emma Frost, uma telepata, Azazel um teletransportador e Riptide, um mutante com poderes relacionados ao vento. Xavier salva Erik, que quase morre lutando contra o grupo. E com ajuda de um agente da CIA (Oliver PLatt) Erik e Xavier, começam um programa para recrutar mutantes para os ajudar na caça do clube do inferno. (eles chegam até a visitar Wolverine mas tomam um “vão se ferrar”) Eles recrutam um grupo. Mas enquanto Xavier e Erik estão na Russia caçando Emma Frost, A CIA é atacada por Sebastian Shaw que mata diversos agentes e oferece ao grupo de mutantes a chance de irem para o lado dele. A mutante Angel é a única que aceita. Destrutor e Darwin tentam impedir, o que resulta na morte de Darwin. Na Russia Xavier e Erik descobrem que os planos de Sebastian Shaw é fazer os EUA e Russia se atacarem e causar uma guerra nuclear que destruiria o mundo. A radiação faria que apenas aquelas pessoas com genes mutantes sobrevivessem e assim, Shaw seria o rei do mundo, mundo esse que contaria apenas com mutantes. A guerra vai começar quando Shaw influencia o primeiro ministro russo a por seus mísseis em Cuba e os EUA prometem que vão a guerra se os russos cruzarem uma linha imaginaria no mar. Xavier e Erik passam a treinar seus mutantes para usarem melhor seus poderes enqaunto vamos percebendo que os dois apesar de muito amigos tem pensamentos diferentes, Erik acredita que os humanos nunca vão entender os mutantes, enqaunto Xavier continua acreditando na convivência pacifica.
No fim, eles conseguem impedir a guerra entre Russia e Estados Unidos, e vencem os mutantes do clube do Inferno. Erik mata Sebastian Shaw com a moeda que Shaw tinha mandado ele mover no começo do filme, o que decepciona Xavier. Alem disso, os russos e os americanos percebem que se tratam de mutantes e ambos jogam todos os mísseis de suas frotas na ilha onde os mutantes estavam para matar a todos. Erik impede e devolve os mísseis para os navios para matar todos ali. Xavier tenta impedir e os dois brigam. Nisso Moira atira em Erik, que impede a bala com a mão, e a bala recauchuteia acertando a espinha de Xavier. Erik fica chocado e desiste do ataque aos navios Russos e Americanos nessa hora, mas ele sabe que suas diferenças ideológicas com Xavier não mudarão. Ele pega o grupo que era de Shaw e mais mística que decide segui-lo e se vai.
O filme termina com Xavier numa cadeira de rodas abrindo o instituto Xavier para jovens super dotados e Erik resgatando Emma Frost da prisão e passando a se chamar de Magneto.
