2029年，变种人已濒临绝种，过去25年来没有诞生过任何变种人。如今生无可恋的罗根在美国德州艾尔帕索当加长轿车司机，不但因自愈因子衰退导致岁月苍老，还因为体内的亚德曼金属毒害身体。罗根和卡利班（英语：Caliban (comics)）以及90岁的查尔斯·赛维尔隐居在靠近美墨边境的废弃冶炼厂中，而查尔斯患上失智症导致心电感应能力日渐不稳定，一旦出现癫痫则会对周围人带来毁灭性的精神压迫，也是因此在一年前造成数百名平民与几名X战警丧生，他自己却记不清事情经过。罗根从此日复一日地陷在恶梦里无法自拔、借酒消愁，一心想筹钱买游艇来带查尔斯远离一切。直到来自跨国生技企业“亚克莱基因公司”（Alkali Transigen）的墨裔护士嘉布拉突然向罗根求助，希望罗根能载她和身边的11岁女孩萝拉，前往北达科他州的一个称作“伊甸园”的避难所。
罗根原本不情愿帮助她，但看在丰厚酬金之下勉强答应送她们一程，但早晨回旅馆接人时却发现嘉布拉已被杀，只能拿走她的手机和酬金后打道回府。然而，亚克莱公司麾下的保全主管唐诺·皮尔斯（英语：Donald Pierce）尾随罗根到工厂，索要嘉布拉身边的萝拉。躲在罗根车后箱跟来的萝拉扔铁棍打昏皮尔斯，而查尔斯交代他其实近来都用心电感应和萝拉交谈，但罗根对她的存在感到不解。而皮尔斯清醒后带来他的私人军队掠夺者（英语：Reavers (comics)）与警察队伍，将卡利班抓为人质后攻占工厂。罗根和查尔斯无路可走时，萝拉突然展现出与罗根相似的金刚爪与自愈能力，与罗根共同杀死多数敌人后一起坐车逃出工厂。
罗根通过嘉布拉手机中的自白录影得知，亚克莱靠多数变种人DNA哺育出一系列变种实验小孩，而萝拉是由罗根的DNA所哺育，因而身为罗根的女儿；由于公司发现所有实验小孩太难控制，因此开始著手另一项神秘高阶的项目，正准备一并清除所有小孩，她和其他护士抢先将所有变种小孩释出实验室。之后，罗根一行人躲进奥克拉荷马市一家酒店，罗根换车过程中发现伊甸园出现在萝拉掌有的几本《X战警》漫画中，认为这是嘉布拉对萝拉脑子里灌输的无稽之谈。掠夺者强制卡利班追踪到他们藏身的酒店，闯进去时却导致查尔斯癫痫发作，使整间酒店住户遭受精神压迫。罗根忍著痛苦杀光周围敌军后带萝拉和查尔斯逃出酒店，上路期间下车帮助负责农务的威尔·孟森一家，因此得到他们的晚餐和留宿款待，罗根还帮他们打跑长期敲诈他们一家的本地恶霸。
留宿晚间，亚克莱的主管桑德·莱斯（英语：Zander Rice）前来援助皮尔斯并释出“X-24”：基因公司以罗根为基因蓝本做出的完美复制体。X-24重伤查尔斯，杀死威尔的妻儿后将萝拉带走，罗根抢救不及就目睹查尔斯表示忏悔后逝世。遭囚禁的卡利班受不了掠夺者的残酷，偷拿并拉响手榴弹炸毁整辆车而牺牲。当时，刚被打跑的恶霸因不甘心而带人回来算账，使X-24转身过去杀他们。罗根同一时间和X-24对打，却因体质衰老而处于下风。伤重的威尔开车将X-24撞至干草车上，弹药用尽之下也一同身亡。罗根带著萝拉继续逃亡，清晨时将查尔斯安葬在林中的湖边。伤重的罗根被萝拉送去紧急医疗诊所包扎伤势，萝拉坚持要去伊甸园，而罗根不相信地方存在，跟萝拉经过激烈争吵过后决定去看看。经过两天驾驶，两人到达靠近美加边境的伊甸园，里面都是从亚克莱实验室中逃跑的小孩。
罗根得知变种小孩齐聚一堂是为了穿越边境到加拿大以远离亚克莱的地盘，他决定就此跟他们分道扬镳。隔天，所有小孩离开小屋踏上旅程，但掠夺者却透过萝拉留在孟森家中的合照背面的座标，找到伊甸园后展开围捕。罗根发现他们遭追杀后，立即注射他们所留下能够暂时性提升他的自愈能力的血清，恢复体能后跑去援助。罗根很快因药效消失而恢复苍老，莱斯现身向罗根表示其父当初在X武器研究基地中被罗根所杀，从此便致力于将扼杀变种基因的元素藏于水源和食物中，对人类无害的同时也导致变种人几近灭绝。罗根趁隙枪杀莱斯，萝拉释放她的朋友们后歼灭掠夺者军团。
穷途末路的皮尔斯释出X-24，刚想趁他跟罗根与萝拉恶战时开车逃跑，但变种小孩集体用各自的能力将皮尔斯杀死并活埋。当罗根被重伤后，萝拉拿枪发射出罗根随身多年的的亚德曼金属制子弹才杀死X-24。临死前的罗根在萝拉陪伴下，首次体验到家人陪伴以及做父亲的感觉后安详离世，结束他悲壮漫长的一生。最后，萝拉和伙伴们将罗根埋葬在湖边，萝拉引用电影《原野奇侠》里的对白[注 3]作为悼念词后，大家便继续上路穿越边境。对父亲恋恋不舍的萝拉，走前将罗根墓前的十字架放置成X状，借此永远纪念她的父亲，并是最后一位X战警。