影片剧情围绕X战警中最受欢迎成员之一的琴·葛蕾展开，讲述她逐渐转化为黑凤凰的故事。在一次危及生命的太空营救行动中，琴被神秘的宇宙力量击中，成为最强大的变种人。此后琴·葛蕾不仅要设法掌控日益增长、极不稳定的力量，更要与自己内心的恶魔抗争，她的失控让整个X战警大家庭分崩离析，也让整个星球陷入毁灭的威胁之中。《X战警：黑凤凰》是迄今为止气氛最紧张、情感最丰富的一部《X战警》电影，是《X战警》系列20年来的集大成之作，大家非常熟悉和热爱的变种人大家庭即将面对最为强大的敌人——而她恰恰还是他们中的一员。
蒂姆（保罗·沃克 Paul Walker 饰）原本要在监狱里度完他余下的人生，但一个消息的传来让他看到了未来的希望。FBI希望他能够执行一项特殊的任务，而任务成功之后，他即可获得他梦寐以求的自由。任务中，蒂姆需要乔装打扮成为臭名远扬的毒贩鲍比，前往墨西哥完成一项危险的交易。然而，在女友伊莉莎白（奥利维亚·王尔德 Olivia Wilde 饰）的帮助下，蒂姆很快便发现事情远没有他想象的那么简单。 原来，FBI的所作所为是为了替真正的鲍比（詹森·刘易斯 Jason Lewis 饰）保命，很显然，蒂姆将要成为鲍比的替死鬼。桀骜不驯的蒂姆发誓绝不就此坐以待毙，事发当日，在一片混乱中，蒂姆绑架了鲍比的儿子，他将成为蒂姆手中最大的筹码。
