Kým tri predchádzajúce filmy sa odohrávali v nie príliš vzdialenej budúcnosti, hlavná časť nového príbehu sa odohráva v 70. rokoch minulého storočia. Dej sa vracia k počiatkom Wolverinovej hrdinskej kariéry i tragickým udalostiam jeho života, z ktorých ho najviac poznamená smrť osudovej lásky Kayle Silverfoxovej. Jej smrť spôsobí, že sa Wolverine zapletie sa s tajným vládnym vojenským programom Weapon X. S projektom, ktorý mu navždy úplne zmení život. Pod velením Williama Strykera sa sformuje tajná vojenská jednotka Team X, zložená výlučne z mutantov. Jedným z nich je tiež Viktor Creed alias Sabretooth, neskrotná bytosť s neuveriteľnou silou, s ktorým musí Wolverine zviesť svoj najťažší súboj.