1960年代。裕福な家庭に生まれ、名門大学に通うチャールズ・エグゼビア(ジェームズ・マカヴォイ)は、強力なテレパシーを使うことができるミュータントだった。チャールズは、自分と同じような特殊な能力を持つ者の存在に気付き始める。そんなときに出会ったエリック・レーンシャー(マイケル・ファスベンダー)は、強力な磁力を発生させ、あらゆる金属を自在に操る能力を持っていた。エリックはナチスに母親を殺され、復讐を誓いひとりで生きてきたという過去があった。ミュータントの能力を使い、人類と闘うべきか共存するべきか異なる信念を抱いていた2人だったが、友情を深める。やがて2人は世界各地のミュータントを仲間として迎え入れていく。しかし、戦時中にエリックの母親を殺した元ナチスの科学者セバスチャン・ショウ(ケヴィン・ベーコン)が、ミュータント集団“ヘルファイヤークラブ”を結成し、恐るべき計画を実行に移す。チャールズとエリックはその野望を阻止しようとするが、彼らの友情の絆は引き裂かれ、チャールズはX-MENを設立するプロフェッサーXに、エリックはミュータント・テロリスト軍団“ブラザーフッド”の首領マグニートという、反する道へ進んでいく。