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.

Dans un futur lointain, l’humanité part à la conquête de nouvelles planètes habitables. L’entreprise Exor est chargée d’organiser la vie dans ces nouveaux mondes. Mais un jour, Kane, un de ses principaux lieutenants, découvre que la planète OSIRIS, qui héberge sa fille, est menacée par un virus mortel. Il se lance alors dans une course contre la montre pour la sauver.