La película comienza con Logan (Henry Cavill) viviendo aislado, tras haberse retirado de su papel como Wolverine. Lo persiguen las batallas del pasado, la pérdida de amigos y la disminución de su factor de curación.

Está luchando con su inmortalidad y el desvanecimiento de sus poderes mutantes. La historia se desarrolla en un futuro distópico y desolador en el que los mutantes son perseguidos y el mundo está al borde del caos.

Jason Momoa interpreta a Viktor Creed, una figura amenazante del pasado de Wolverine con un nuevo plan. Sin embargo, esta vez no es un villano más: ha sido mejorado con implantes cibernéticos, lo que lo hace más poderoso que nunca. Viktor trabaja para una agencia gubernamental clandestina que captura mutantes para aprovechar sus habilidades con fines oscuros y militares.

Wolverine sale de su vida aislada cuando un grupo de jóvenes mutantes, que han sido elegidos para ser capturados, lo buscan para que los proteja. Aunque al principio se muestra reacio, Logan se ve obligado a enfrentarse a sus demonios internos mientras asume el papel de su protector. Con sus poderes menguando lentamente, ya no es la fuerza imparable que alguna vez fue, lo que añade peso emocional a sus batallas.

Viktor, ahora llamado “Omega Creed”, lidera la carga contra Logan, lo que obliga a los dos a varios enfrentamientos intensos. Su rivalidad es personal, llena de brutales combates cuerpo a cuerpo, en los que Logan intenta desesperadamente salvar a la próxima generación de mutantes mientras se ve obligado a llegar a sus límites físicos.

En el clímax de la película, Logan hace un movimiento de autosacrificio, sabiendo que su factor de curación no es lo que solía ser. Se enfrenta a Viktor en un último y sangriento enfrentamiento. Logan logra derrotar a Viktor siendo más astuto que él en lugar de dominarlo, pero resulta mortalmente herido en el proceso. En sus últimos momentos, Logan transmite su sabiduría a los mutantes más jóvenes, diciéndoles que sean mejores de lo que él alguna vez fue, dejando un legado de esperanza para el futuro de la especie mutante.

La película termina con la nueva generación de mutantes en ascenso, inspirada por el heroico sacrificio de Wolverine.