Réunis à la mort de leur père, des frères et sœurs aux pouvoirs extraordinaires découvrent des secrets de famille traumatisants et une terrible menace qui plane sur l'humanité.

Dans un futur proche, les mutants et les humains ont été décimés par les Sentinelles, des robots biologiques capables de copier les pouvoirs des mutants. Seuls quelques mutants, dont Kitty Pride, Iceman, Storm et Bishop, résistent encore. Le Professeur X et Magneto décident d’envoyer Logan dans le passé afin d’empêcher le meurtre de Bolivar Trask, un scientifique américain responsable du programme d’armement dont la mort déclenchera le programme des Sentinelles. Wolverine arrive donc en 1973 afin de convaincre Charles Xavier et Erik Lehnsherr de stopper Mystique dans sa mission, une tâche qu’ils devront accomplir avec l’aide de Beast et de Quicksilver.

Dom Cobb est un voleur expérimenté, le meilleur dans l'art dangereux de l'extraction, voler les secrets les plus intimes enfouis au plus profond du subconscient durant une phase de rêve, lorsque l'esprit est le plus vulnérable. Les capacités de Cobb ont fait des envieux dans le monde tourmenté de l'espionnage industriel alors qu'il devient fugitif en perdant tout ce qu'il a un jour aimé. Une chance de se racheter lui est alors offerte. Une ultime mission grâce à laquelle il pourrait retrouver sa vie passée mais uniquement s'il parvient à accomplir l'impossible inception.