Ce film nous fait découvrir les origines du plus rebelle des héros Marvel et son histoire avant les événements de la trilogie X-Men. Hugh Jackman reprend son rôle fétiche de héros au pouvoir de régénération convoité par l'armée, et impitoyable jusqu'au bout des griffes. Après avoir intégré le programme militaire "Weapon X" qui transforme les mutants en armes vivantes, Wolverine n'a de cesse de retrouver ceux qui ont tué son père et la femme qu'il a aimée.
Plongeur expert, Frank McGuire se lance dans l’exploration à haut risque des grottes immergées d’Esa’ala, dans le Pacifique sud. Il emmène avec lui entre autres son fils de dix-sept ans, Josh, et le milliardaire Carl Hurley, qui finance l’expédition. L’équipe s’engage dans le plus vaste, le plus mystérieux et le plus inaccessible des réseaux de grottes du monde. Lorsqu’une tempête tropicale s’abat sur la zone, ils sont obligés de s’enfoncer dans le labyrinthe sous-marin pour lui échapper. Désormais perdus dans un décor incroyable, ils doivent absolument trouver une issue avant qu’il ne soit trop tard. Ce monde inconnu ne leur pardonnera aucune erreur…