曾在阿富汗遭受创伤性脑损伤的前美国士兵琳赛（詹妮弗·劳伦斯 饰），在回到新奥尔良老家后，做着一份清理泳池的工作，努力康复并且适应生活。

一次偶然中，埃文（克里斯蒂安·贝尔 Christian Bale 饰）遇见了性感美艳的脱衣舞女西德尼（艾米·亚当斯 Amy Adams 饰），趣味相投的两人一见钟情，很快就打得火热。没想到，埃文是一个职业骗子，在他的鼓动和“爱情的力量”影响之下，西德尼毅然入伙，两人联手合作，将“事业”经营的有声有色。　　然而，常在河边走哪有不湿鞋，警方早已经盯上了行事作风颇为高调的埃文和西德尼，终于，在一次精密筹划的行动中将两人捉拿归案。经不住FBI探员里奇（布莱德利·库珀 Bradley Cooper 饰）的游说和诱惑，埃文和西德尼决定与其合作，“戴罪立功”。尽管拾起了“老本行”，但这次一次，埃文和西德尼显然站在了正义的那一方，因为他们的对手是那些贪赃枉法的腐败官员。

年轻的X教授查尔斯（詹姆斯·麦卡沃伊 James McAvoy 饰）和万磁王埃里克（迈克尔·法斯宾德 Michael Fassbender 饰）是一对志向相投的好朋友。他们最早发现了自己的超能力，并与其他几个变种人一起在CIA工作。引发埃里克超能力的纳粹战争贩子肖（凯文·贝肯 Kevin Bacon 饰）一直试图挑起核战争，而想方设法挑起美苏两国的矛盾。埃里克和查尔斯一直与肖手下的变种人战斗，努力阻止肖的阴谋。肖怂恿苏联引发古巴导弹危机，查尔斯和埃里克获知消息后，在海湾与肖手下的变种人拉开了对决的一战。最终，肖被查尔斯和埃里克合力消灭。可是，在这个过程中，埃里克逐渐被肖的政治观点影响，与查尔斯产生裂痕。通过海湾的这一战，埃里克和查尔斯最终决裂，一方变成支持人类与变种人和平共存的X教授；另一方坚持通过消灭人类换来变种人兴起的观点，自称万磁王.........

想保住车和父母留下房子的Uber司机Maddie（詹妮弗·劳伦斯 饰），答应了一对富豪夫妇的请求，替他们内向又古怪的19岁儿子Percy（安德鲁·巴特·费尔德曼 饰）在上大学之前破处，然而Maddie很快就发现事情并没有她想象中那么简单。

影片剧情围绕X战警中最受欢迎成员之一的琴·葛蕾展开，讲述她逐渐转化为黑凤凰的故事。在一次危及生命的太空营救行动中，琴被神秘的宇宙力量击中，成为最强大的变种人。此后琴·葛蕾不仅要设法掌控日益增长、极不稳定的力量，更要与自己内心的恶魔抗争，她的失控让整个X战警大家庭分崩离析，也让整个星球陷入毁灭的威胁之中。《X战警：黑凤凰》是迄今为止气氛最紧张、情感最丰富的一部《X战警》电影，是《X战警》系列20年来的集大成之作，大家非常熟悉和热爱的变种人大家庭即将面对最为强大的敌人——而她恰恰还是他们中的一员。