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。                         

　在与灭霸史诗般的战争结束后，地球似乎暂时回归和平。皮特（汤姆·赫兰德 Tom Holland 饰）回到了校园生活之中，他和好友相谈甚欢，并且有了心仪的女孩，然而内心最深处依然放不下对钢铁侠的追悼缅怀。去往欧洲游学的路上，皮特试图找机会和个性女孩米歇尔（赞达亚 Zendaya 饰）表白，谁知接连出现的元素怪兽打乱了他的表白计划。在这一过程中，与神盾局合作的神秘客（杰克·吉伦哈尔 Jake Gyllenhaal 饰）挺身而出，击退怪兽。自感不堪大任的皮特谢绝了尼克·弗瑞（塞缪尔·杰克逊 Samuel L. Jackson 饰），情愿将钢铁侠继承者的重任交到神秘客手中。
　令他意想不到的是，更可怕的危机接二连三袭来…… 

　地球上接连出现神秘怪象，科学家发现某种失控的反物质反应正在威胁整个太阳系，人类生存极度堪忧……地球生死攸关之际，天才航天工程师罗伊（布拉德·皮特 饰）被派往外太空，试图揭开谜团拯救人类。这是一场横跨地球、月球、火星、海王星，穿越整个太阳系的硬核冒险，一路危机重重险象环生，罗伊直面爆炸、陨石、月球飙车枪战、神秘生物等意想不到的考验，还找回了失联20年的父亲！当年罗伊的父亲（汤米·李·琼斯 饰）离开地球探寻外星智慧生物，结果任务失败，消失在茫茫宇宙之中。如今父子重逢，罗伊在太空深处发现了不为人知的秘密，渐渐触达所有事件的终极真相……  

　故事聚焦神秘女杀手安娜的成长及执行各种暗杀任务的经历，在美丽的外表下，安娜拥有聪明绝顶的头脑和强大的战斗技巧，是世界上最恐怖的刺客之一，她游走于黑白两道，只要被锁定的目标，从不失手。