ビクター（リーヴ・シュレイバー）とローガン（ヒュー・ジャックマン）は、150年以上にわたり、兵士として幾多の戦場をかけぬけてきた兄弟だった。二人は驚異の肉体再生能力と戦闘能力を持つミュータントで、ビクターは、野獣のような攻撃で敵を倒し、ローガンは両拳からとびだす爪を武器とした。二人は幼少の頃、ある悲劇をきっかけに兄弟であることを知り、特殊能力が覚醒。以来、普通の人生に背を向けて、南北戦争や第一次、第二次世界大戦、ベトナム戦争の中に身を投じてきた。しかし、長年の戦争人生の中でビクターの凶暴さはエスカレート、ついには勢い余って仲間を殺してしまう。ビクターと彼を庇ったローガンは軍に逮捕されるが、謎の軍人ストライカー（ダニー・ヒューストン）が現れ、釈放と引き換えに特殊部隊“チームX”への参加を持ちかける。“チームX”はストライカーの命のもと様々なミッションを行なうが、ある時、アフリカでの非人道的な任務をめぐってローガンはビクターや他のメンバーと対立、“チームX”を離脱する。6年後。ローガンはカナダの山奥で、女教師ケイラ（リン・コリンズ）と静かに暮らしていた。そこにストライカーが現れ“チームX”を脱退したビクターが殺人鬼となって、かつての仲間を殺していると告げる。その警告通りビクターが現れ、ローガンの留守中にケイラを殺害。ローガンはビクターを探し出し戦いを挑むが、その圧倒的なパワーの前に叩き潰される。ストライカーはローガンに超金属アダマンチウムを移植、最強の戦士に改造する。だが、自分が巨大な陰謀に利用されると知ったローガンは激怒し脱走する。ウルヴァリンとして生まれ変わったローガンは復讐を遂げるため、ビクターを追う。そんな中、ストライカーは今まさに世界を揺るがす恐るべき計画を実行しようとしていた……。