並はずれた特殊能力を持ち、人類との共存を目指すミュータント集団“X－MEN”に訪れた最大の試練を、壮大なスケールで描き出す大ヒット・SFアクション大作シリーズ第三弾。
プロフェッサーX（パトリック・スチュワート）の右腕だったジーン・グレイ（ファムケ・ヤンセン）の死により、いまだその動揺から立ち直れずにいるX－MEN。そんな中、“ミュータントは病だ”と主張する天才科学者によって、遺伝子に作用し、ミュータントを普通の人間にすることのできる新薬“キュア”が開発される。“ミュータントのまま生きるか、それとも人間になるか”という究極の選択に、ミュータント社会は大きく揺れる。マグニートー（イアン・マッケラン）率いるミュータント・テロ組織「ブラザーフッド」は、“キュア”の存在は人類のミュータント弾圧に他ならないとして“キュア”の根絶を狙い、キュア開発のカギとなる少年ミュータント・リーチ（キャメロン・ブライト）の強奪に動き出す。一方、X－MENは人類とミュータントの全面戦争を回避しようと奔走するのだが…。