Die Geschichte handelt von dem ersten Kapitel der „X-Men“-Saga und verbindet Wolverine mit einigen anderen Legenden des „X-Men“-Universums. Die Mutanten müssen sich in einem großen Aufstand kampfstarker Mächte erwehren, die entschlossen sind, sie zu eliminieren. Logan alias Wolverine (Hugh Jackman) ist eine furchterregende Kampfmaschine, mit unglaublichen Selbstheilungskräften, Klingen aus Adamantium und unberechenbarem Temperament.
Die Geschichte führt auch ein neues Team von Mutanten ein: Das "Team X“ ist eine geheime Militäreinheit, die ausschließlich aus Mutanten besteht. Zu ihren Mitgliedern gehören: Wolverine; sein Bruder Victor Creed alias Sabretooth, ein wildes Geschöpf mit schier unglaublichen Kräften; Wade Wilson, der als Söldner Deadpool bestens mit dem Schwert umzugehen versteht; Agent Zero, ein ausgezeichneter Spurenleser und Scharfschütze; der Teleporter Wraith; Fred J. Dukes, ein extrem starker, monströser Koloss, auch bekannt als The Blob; und Bradley, der Strom manipulieren kann. Angeführt wird die Truppe von William Stryker.
Ebenfalls im Vordergrund steht Wolverines tragische Romanze mit Kayla Silverfox. Kaylas Schicksal trägt maßgeblich dazu bei, dass Logan mit dem ominösen, höchst geheimen und sündhaft teuren „Weapon X“-Programm in Berührung kommt. Neben Wolverine sind auch andere Mutanten in das Experiment eingebunden, u.a. Gambit, der junge Scott Summers, (später bekannt als Cyclops), die junge hübsche Emma Frost und der bereits erwähnte Deadpool, der Wolverine letztendlich vor seine größte Herausforderung stellen wird.