Trama
Canada, 1845. James "Logan" Howlett è un bambino malaticcio costretto a letto, con la sola compagnia di Victor "Dog" Creed, il figlio adolescente del giardiniere Thomas Logan: una notte quest'ultimo irrompe ubriaco in casa litigando con Elizabeth Howlett, la madre di James; il padre John va a vedere che succede e si ode una fucilata; James corre giù e trova il padre morto. Lo shock innesca l'apparizione dei suoi poteri mutanti e per la prima volta estrae degli artigli ossei. Il giovane si getta contro Thomas e lo trafigge; il giardiniere muore balbettando che il piccolo James è suo figlio, nato da una relazione con la madre. La madre è terrorizzata e disgustata dai poteri del figlio e, questo, è costretto a fuggire. Durante la fuga viene raggiunto da Victor il quale gli spiega che ormai loro sono fratelli e, come tali, dovranno proteggersi a vicenda per sempre.
Mentre i titoli di testa scorrono, vediamo Jim (Hugh Jackman) e Victor (Liev Schreiber) attraversare indenni (o quasi, per via del loro potere di guarigione) i campi di battaglia nella guerra di Secessione, le trincee europee della Grande Guerra, lo sbarco in Normandia, le foreste del Vietnam; durante questi avvenimenti Victor dà sempre più libero sfogo ai suoi istinti, mentre Jim si sforza di usarli entro un limite.
Condannati per la morte di un ufficiale superiore, i due sono giustiziati senza risultato; il giorno stesso ricevono la visita del maggiore William Stryker (Danny Huston) che sta reclutando mutanti abili a combattere per una squadra speciale con privilegi speciali. I due accettano. La squadra di Stryker, oltre ai due, è composta da: Wade Wilson (Ryan Reynolds), un chiacchierone incapace di chiudere la bocca, specialista nell'uso delle katane; Fred Dukes (Kevin Durand), muscoloso e capace di assorbire qualunque impatto; John Wraith (Will.i.am), un teleporta (ha il potere di teletrasportarsi a decine di metri di distanza; Zero (Daniel Henney), specialista nelle armi da fuoco e abituato a sparare senza fare domande; Chris Bradley (Dominic Monaghan), capace di interagire con tutto ciò che funziona ad elettricità.
Durante una missione in Nigeria per cercare un meteorite a cui Stryker è interessato, l'ennesima dimostrazione di bestialità da parte di Victor convince Jim a voltare pagina e lasciare per sempre il gruppo. Sei anni dopo "Logan" è tornato a casa, in Canada, sulle Montagne Rocciose; lavora come boscaiolo ed ha una relazione con maestra di nome Kayla "Volpe d'Argento" (Lynn Collins). E' proprio la sua amata a raccontargli una leggenda sullo spirito della luna e sul suo compagno Keichu (in inglese Wolverine, cioè ghiottone), da cui fu separata con l'inganno: una leggenda che rimarrà impressa nella mente di Logan. Un giorno Stryker, ora colonnello, viene a trovarlo sostenendo che qualcuno sta uccidendo i vecchi componenti della squadra: Wade Wilson e Chris Bradley sono già morti. Stryker chiede aiuto a Logan per trovare l'assassino ma questo rifiuta. Il giorno seguente Kayla viene uccisa da Victor e Logan, arrivato in ritardo, non può far altro che trovare il corpo privo di vita della donna e capire che l'assassino di mutanti non è altro che il fratellastro Victor. Logan si scontra con Victor in un bar ma ha la peggio e quest'ultimo gli spezza gli artigli ossei. Ricoverato in ospedale, Logan incrocia Stryker accusandolo di non avergli detto subito che l'assasino era Victor e, cosi, causando la morte dell'amata. Stryker convince Logan che lo aiuterà a trovare Victor e appagare la sua sete di vendetta, fornendogli delle armi indistruttibili con cui sconfiggerlo.
Nella base segreta di Alkali Lake, Logan viene sottoposto ad un dolorosissimo esperimento che distrugge il suo scheletro per impiantargliene uno nuovo fatto interamente di adamantio, una lega metallica indistruttibile ricavata dal meteorite che, anni prima, Stryker cercava in Africa. La procedura riesce perfettamente con grande gioia di Stryker che considera Logan l'"Arma X". Quando il colonnello, però, ha l'idea di cancellargli la memoria, Logan - ora autonominatosi "Wolverine" - estrae i suoi nuovi artigli di adamantio e fugge dalla base. Wolverine trova rifugio nella vecchia casa degli anziani Hudson i quali gli concedono vitto e alloggio. Purtroppo l'Agente Zero è sulle sue tracce e uccide i due vecchi innocenti, incolpando Wolverine. Wolverine riesce a fuggire e ingaggia una lotta furibonda contro l'esercito che Stryker gli ha scagliato contro. Una volta ucciso l'Agente Zero, Wolverine riparte con due obiettivi: trovare non solo Victor ma, ora, anche Stryker.
Wolverine rintraccia Wraith, ora gestore di una palestra di boxe a Las Vegas, nella quale combatte Fred "Blob" Dukes, ormai diventato obeso e quasi invincibile. Dopo un incontro di boxe, "Blob" rivela a Wolverine che Stryker e Victor lavorano ancora insieme su un'isola dove rapiscono mutanti e fanno degli esperimenti su di loro. Nel frattempo Victor giunge ad un liceo e rapisce la sua ultima preda, un ragazzo di nome Scott Summers (successivamente conosciuto come "Ciclope), mutante in grado di sparare raggi ottici dai suoi occhi, e lo consegna a Stryker. Blob non può aiutare Wolverine in quanto ignaro di dove si trovi l'isola ma gli rivela che l'unico che potrebbe dirglielo è un mutante che era prigioniero di Stryker e, fortunatamente, è riuscito a fuggire: il suo nome è Remy LeBeau (Taylor Kitsch), un giocatore d'azzardo di New Orleans detto Gambit. Logan si reca, in compagnia di Wraith, a Las Vegas e incontra Gambit. Intanto Victor e Wraith si scontrano e il mutante teleporta ha la peggio: Victor lo uccide e ne preleva il DNA. Quando Logan scopre Victor per Wraith è troppo tardi: furioso, Logan si batte con Victor. Purtroppo Gambit, che ha frainteso Logan e lo ha scambiato per "qualcuno che lavora con Stryker che vuole riportarlo nell'isola", inizia a combattere con Logan cosi da favorire la fuga di Victor. Dopo un breve scontro, Logan fa capire a Gambit di essere uno dei buoni e che ha bisogno del suo aiuto per arrivare all'isola e uccidere Stryker. Nel frattempo Stryker sta conducendo esperimenti su Wade Wilson, la sua "Arma XI", nonostante la riluttanza del generale Munson il quale rivela a Stryker di essere a conoscenza del suo passato (il figlio, un mutante di nome Jason che ora è tenuto sotto ghiaccio da Stryker, ha ucciso sua moglie) e di voler limitare i suoi esperimenti: Stryker non accetta il pensiero del generale e lo uccide senza pietà.
Wolverine viene accompagnato da Gambit nell'isola ed entra nel complesso. Qui Stryker spiega che è stato prelevato il DNA dai mutanti che sono stati uccisi e quelli presi come prigionieri per combinarli insieme e metterli dentro ad un solo supermutante, appunto l'"Arma XI" Wade Wilson, chiamato ora Deadpool. Stryker rivela che l'ultimo pezzo del puzzle era il DNA di Logan e che ha dovuto spingerlo a vendicarsi per ottenerlo. Non a caso Logan scopre che Kayla "Silver Fox" non è morta e che la sua morte è stata inscenata solo per portare Wolverine a subire l'esperimento. Stryker spiega a Wolverine che Kayla è una mutante in grado di far fare o pensare quello che vuole alla gente semplicemente toccandole; sentitosi tradito, Wolverine scappa dal complesso. Victor arriva da Stryker e spiega che il suo lavoro è terminato e, ora, dovrebbe ottenere la sua ricompensa promessa a lungo da Stryker: subire un esperimento per divenire invincibile. Stryker, però, gli spiega che Victor non potrà subire nessun esperimento in quanto è più debole del fratello e potrebbe non sopravvivere; nello stesso momento Kayla gli chiede di poter liberare sua sorella, Emma Frost, mutante in grado di poter cambiare pelle in diamante: anche nel suo caso Stryker non mantiene la promessa. E' chiaro: Stryker li ha solo usati e, questo porta Victor ad avere un attacco di rabbia nei confronti di Kayla la quale urla e attira l'attenzione di Logan, il quale tornato nel complesso, si scontra con Victor. Ormai con la vittoria in pugno, Wolverine decide di non uccidere Victor bensì solo di stordirlo poi, convinto da Kayla, decide di liberare tutti i giovani mutanti, compresi la sorella Emma e il giovane Scott Summers.
Deciso ad abbattere Wolverine, Stryker attiva Deadpool comandandolo a distanza e facendolo scontrare con il mutante dagli artigli di adamantio. Wolverine riconosce in Deadpool il suo vecchio compagno di squadra Wade, ora diventato un supermutante con tutti i poteri di molti mutanti, e con la bocca cucita (la sua fama di chiacchierone ha costretto Stryker a cucirgliela!). Intanto i giovani mutanti fuggono insieme a Kayla ma, un attacco improvviso da parte delle guardie di Stryker, costringono Kayla, ferita, a rimanere a terra. I mutanti fuggono trovando la via d'uscita grazie al giovane Scott Summers il quale è guidato da una voce nella sua testa.
Wolverine si batte con Deadpool il quale sembra avere la meglio e sta per ucciderlo. Victor arriva in soccorso del fratello e insieme riescono ad abbattere Wade/Deadpool decapitandolo. Il reattore, sul quale combattevano, sta per crollare e Victor riesce a fuggire non prima di aver detto a Wolverine che il loro cammino s'incrocerà nuovamente in futuro. Wolverine viene salvato da Gambit e i due si dividono nuovamente con dei compiti ben precisi: il primo deve trovare Stryker, il secondo deve assicurarsi che i giovani mutanti riescano a fuggire dall'isola. Wolverine trova Kayla ferita a terra e cerca di portarla in salvo ma viene fermato da Stryker il quale gli spara dei proiettili di adamantio che lo abbattono momentaneamente. Kayla riesce, grazie al suo potere, a far andare via Stryker, dopodichè muore.
Intanto i giovani mutanti riescono a fuggire e incrociano Charles Xavier (Patrick Stewart), il quale rivela a Scott di essere stato la lui "la voce nella sua testa" a guidarli ad uscire. I giovani mutanti si uniscono a Xavier e scappano. Gambit, assicuratosi che i mutanti sono in salvo, torna da Wolverine e lo trova a terra con dei proiettili in testa. Rinvenuto, Wolverine non ricorda più nulla del suo passato: Gambit gli rivela che lui è "Logan" e che ora dovranno fuggire.
Nella fuga i due trovano il corpo privo di vita di Kayla e Wolverine si ferma ad osservarla. Gambit chiede a Wolverine se la conosceva e il mutante artigliato sussurra "no". Gambit decide di lasciare Wolverine al suo destino e, quest'ultimo, scappa.
Poco dopo i titoli di coda un'altra scena vede Stryker raggiunto dai militari i quali lo arrestano per essere uno dei probabili responsabili della morte del generale Munson.
Dopo i titoli di coda Wolverine è in Giappone a bere. La cameriera gli chiede se sta bevendo per dimenticare e il mutante risponde che, in realtà, beve per ricordare.
In Usa è stata mostrata, in alcuni cinema selezionati, una scena alternativa dopo i titoli di coda. Questa scena mostra il corpo di Wade/Deadpool (privo di testa) cercare qualcosa a terra. Ovviamente afferra la sua testa che, si sveglia e, ormai, con la bocca non più cucita sussurra uno "Shhhh!".