En 1944, en el campo de concentración de Auschwitz, el oficial nazi Klaus Schmidt es testigo de cómo el joven prisionero Erik Lehnsherr dobla una puerta metálica con la mente al ser separado de su madre. En su despacho, Schmidt ordena a Erik que mueva una moneda en su escritorio, y mata a su madre cuando Erik no pudo hacerlo. En medio del dolor y la ira, el poder magnético de Erik se manifiesta, matando a dos guardias y destruyendo la habitación. Por otra parte, en una mansión del condado de Westchester, Nueva York, el niño telépata Charles Xavier conoce a la joven metamorfa Raven, cuya forma natural es de piel azul y escamosa. Encantado de conocer a alguien "diferente", como él mismo, la invita a vivir con su familia como su hermana adoptiva.

En 1962, Erik persigue a Schmidt para vengar a su madre, mientras Xavier se doctora en la Universidad de Oxford como profesor de genética. En Las Vegas, la agente de la CIA Moira MacTaggert sigue al coronel del ejército estadounidense Hendry hasta el Club Fuego Infernal, donde ve a Schmidt (ahora llamado Sebastian Shaw) con la telépata mutante Emma Frost, el ciclón Riptide y el teletransportador Azazel. Amenazado por Shaw y teletransportado a la Sala de Guerra Conjunta, Hendry aboga por el despliegue de misiles nucleares en Turquía. Shaw, un mutante que absorbe la energía y cuyos poderes lo han hecho envejecer, mata más tarde a Hendry.

Moira, buscando el consejo de Xavier sobre la mutación, lo lleva a él y a Raven a la CIA, donde convencen al director McCone de que los mutantes existen y de que Shaw es una amenaza. Otro oficial de la CIA patrocina a los mutantes y los invita a las instalaciones secretas de la "División X". Moira y Xavier encuentran a Shaw en el momento en que Erik le está atacando, y rescatan a Erik de morir ahogado. Shaw escapa. Xavier lleva a Erik a la División X, donde conocen al joven científico Hank McCoy, un mutante con pies prensiles, que cree que el ADN de Raven puede proporcionar una "cura" para su apariencia. Xavier utiliza el dispositivo de localización de mutantes Cerebro de McCoy para buscar reclutas contra Shaw. Xavier y Erik reclutan a la stripper Angel Salvadore, al taxista Armando Muñoz, al prisionero del ejército Alex Summers y al fugitivo Sean Cassidy. Crean apodos, Raven se apoda "Mística".

Cuando Frost se reúne con un general soviético en la URSS, y utiliza sus poderes telepáticos para manipularlo, Xavier y Erik la capturan y descubren que Shaw pretende iniciar la Tercera Guerra Mundial, desencadenando el ascenso mutante. Azazel, Riptide y Shaw atacan la División X, matando a todos menos a los mutantes, a quienes Shaw invita a unirse a él. Salvadore acepta; cuando Alex y Muñoz toman represalias, Shaw mata a Muñoz. En Moscú, Shaw obliga al general a que la URSS instale misiles en Cuba. Con un casco que bloquea la telepatía, Shaw sigue a la flota soviética en un submarino para asegurarse de que los misiles rompen el bloqueo estadounidense.

McCoy utiliza la cura en sí mismo, pero le sale el tiro por la culata, dándole un pelaje azul y aspectos leoninos. Con McCoy como piloto, los mutantes y Moira toman un jet hacia la línea de bloqueo, donde Xavier utiliza su telepatía para influir en un marinero soviético para que destruya el barco que lleva los misiles, y Erik utiliza su poder magnético para levantar el submarino de Shaw del agua y depositarlo en tierra. Durante la batalla subsiguiente, Erik se apodera del casco de Shaw, lo que permite a Xavier congelar a Shaw. Erik le dice a Shaw que comparte la visión exclusivista de Shaw sobre los mutantes pero, para vengar a su madre, mata a Shaw por encima de las objeciones de Xavier, forzando la moneda nazi de su infancia a través del cerebro de Shaw.

Temiendo a los mutantes, ambas flotas les disparan misiles, que Erik hace retroceder en pleno vuelo. Moira intenta detener a Erik disparándole, pero éste desvía las balas, una de las cuales alcanza a Xavier en la columna vertebral. Erik se apresura a ayudar a Xavier y, distraído, deja que los misiles caigan inofensivamente en el océano. Al separarse de Xavier por sus diferentes opiniones sobre la relación entre mutantes y humanos, Erik se marcha con Salvadore, Azazel, Riptide y Mística. Más tarde, un Xavier en silla de ruedas y sus mutantes se encuentran en la mansión, donde pretende abrir una escuela. Moira promete a Xavier no revelar nunca su ubicación y se besan; más tarde, en un interrogatorio de la CIA, dice que no recuerda nada de los últimos acontecimientos. Mientras tanto, Erik, junto con Mística y los demás miembros del Club Fuego Infernal, libera a Frost de su confinamiento y se hace llamar "Magneto".