故事发生在2029年，彼时，X战警早已经解散，作为为数不多的仅存的变种人，金刚狼罗根（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）和卡利班（斯戴芬·莫昌特 Stephen Merchant 饰）照顾着年迈的X教授（帕特里克·斯图尔特 Patrick Stewart 饰），由于衰老，X教授已经丧失了对于自己超能力的控制，如果不依赖药物，他的超能力就会失控，在全球范围内制造无法挽回的灾难。不仅如此，金刚狼的自愈能力亦随着时间的流逝逐渐减弱，体能和力量都早已经大不如从前。

在加拿大的深山老林，背负着永生之苦的“金刚狼”罗根（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）隐居于此。在一次与猎人的冲突中，他得到东瀛女子雪生（福岛莉拉 饰）的帮助。雪生是罗根二战期间的旧相识矢志田派来的下属，似乎不久于人世的老友渴望死去之间再见罗根一面。跨越重洋的罗根终于见到在虚弱的矢志田，对方希望他能够保护自己的孙女真理子（冈本多绪 饰）。随着老人谢世，葬礼上突然战火点燃。罗根在雪生的帮助下拼死救出真理子，而矢志田的儿子信玄（真田广之 饰）似乎另有所图。逃亡途中，罗根意外发现他丧失了自愈的能力，金刚狼最大的危机降临……

金刚狼的原名是詹姆斯霍莱特，出生于19世纪末垢加拿大的一个锤富裕家庭，他天生体弱但是骨骼惊奇，而且他的家庭并不和睦，所以小詹姆斯性格内向而且孤僻。他一直就这样平静而枯燥地生活着，直到有一天晚上，园丁罗根杀死了父亲，丧父之痛让小詹姆斯激发了体内的奇特能力，他从身体里长出了由骨骼形成的“骨爪”，小詹姆斯用“骨爪”杀死了罗根。然而没想到的是，其实罗根才是小詹姆斯的生父，生父在临死前告诉了金刚狼他的身世。于是小詹姆斯和哥哥维克多两人出逃。之后，两人参加了多次的战争，从一战一直打到越南战役。后来兄弟二人被史崔克将军招募，从事特种工作，厌倦了杀人的金刚狼后来脱离组织，才到了加拿大的林场当伐木工，改名为罗根。

史上最另类超级英雄、语不惊人死不休的死侍重返大银幕，与金钢狼二度并肩作战，直面时间变异管理局的追捕，迎战神秘劲敌。