1992. Os X-Men são considerados heróis nacionais e o professor Charles Xavier (James McAvoy) agora dispõe de contato direto com o presidente dos Estados Unidos. Quando uma missão espacial enfrenta problemas, o governo convoca a equipe mutante para ajudá-lo. Liderado por Mística (Jennifer Lawrence), os X-Men partem rumo ao espaço em uma equipe composta por Fera (Nicholas Hoult), Jean Grey (Sophie Turner), Ciclope (Tye Sheridan), Tempestade (Alexandra Shipp), Mercúrio (Evan Peters) e Noturno (Kodi Smit-McPhee). Ao tentar resgatar o comandante da missão, Jean Grey fica presa no ônibus espacial e é atingida por uma poderosa força cósmica, que acaba absorvida em seu corpo. Após ser resgatada e retornar à Terra, aos poucos ela percebe que há algo bem estranho dentro de si, o que desperta lembranças de um passado sombrio e, também, o interesse de seres extra-terrestres.
