Wolverine (Hugh Jackman): Khả năng tự hồi phục giúp Wolverine trở thành dị nhân duy nhất chịu đựng được những điều kiện khắc nghiệt trong lúc du hành ngược thời gian. Wolverine phải sống sót cho tới khi hoàn thành nhiệm vụ quan trọng nhất cuộc đời anh: trở về quá khứ, ngăn chặn chuỗi sự kiện dẫn tới sự tuyệt diệt của các dị nhân.
Bishop (Omar Sy): Bishop có khả năng hấp thụ các nguồn năng lượng và phân phối chúng theo ý muốn. Anh là dị nhân cung cấp hỏa lực cho các dị nhân khi họ cần trong cuộc chiến chống lại cuộc tấn công của loài người.
Blink (Phạm Băng Băng): Sức mạnh làm cong các chiều không gian của Blink giúp đưa người và các vật thể dịch chuyển tức thời biến cô trở thành thành viên sống còn của X-Men. Nhưng khi sự sống của các dị nhân càng yếu ớt dần trước cuộc tấn công của Sentinel, Blink cũng không thể nào giúp họ thêm an toàn được bao lâu.
Colossus (Dainel Cudmore): Với sức mạnh phi thường, kích thước to lớn và cơ thể gần như không thể bị phá hủy khi ở trạng thái kim loại, Colossus trở thành một lá chắn lý tưởng cho các dị nhân khác.
Iceman (Shawn Ashmore): Với khả năng giảm nhiệt độ xuống dưới mức đóng băng, Iceman có thể tạo ra đạn băng, khiên băng và thậm chí bao phủ toàn thân bằng một lớp áo giáp băng.
Kitty Pryde (Ellen Page): Kitty có khả năng đi xuyên qua các vật thể rắn. Là người trẻ nhất trong số các dị nhân, cô đóng một vai trò quan trọng trong cuộc chiến sinh tồn của họ.
Magneto (Ian McKellen): Một trong những người đàn ông có quyền năng mạnh nhất từng đối đầu với các X-Men chính diện và giáo sư X suốt nhiều thập kỷ. Nhưng khi ngày tuyệt diệt của các dị nhân đang tới gần, những mối hận thù cũ của ông cần phải được gạt sang một bên.
Giáo sư X (Patrick Stewart): Là nhà ngoại cảm mạnh mẽ nhất thế giới, Charles Xavier cảm thấy rõ các dị nhân đang dần dần bị săn hạ. Đó là nguyên nhân ông phải đứng lên lãnh đạo các dị nhân trong cuộc chiến vĩ đại nhất của họ, cả trong quá khứ lẫn tương lai.
Storm (Halle Berry): Từ bão tuyết lạnh giá cho tới cuồng phong tàn khốc, Storm sở hữu năng lực điều khiển thời tiết. Là một trong những dị nhân mạnh mẽ và từng trải chiến trường nhất, cô sẽ chỉ huy các X-Men trong thử thách khó khăn nhất mà họ từng phải đối mặt.
Sunspot (Adan Canto): Là một thành viên của lực lượng kháng chiến, Sunspot có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời và phân phối chúng thành siêu năng lực, khả năng bay và bức xạ hồng ngoại.
Warpath (Booboo Stewart): Với sức mạnh siêu phàm, giác quan siêu nhạy bén, cùng tốc độ và sức bền, Warpath là một dòng dõi chiến binh mới của các dị nhân.
Beast (Nicholas Hoult): Là một học sinh và một nhà khoa học lỗi lạc, Beast chính là cánh tay phải của Charles Xavier. Trí tuệ vô song của Beast chỉ có thể bị vượt qua bởi tốc độ siêu phàm và sức mạnh vượt trội của bản thân.
Magneto thời trẻ (Michael Fassbender): Sau những sự kiện trong First Class, Magneto đang bị giam giữ. Năng lực điều khiển các vật kim loại của anh là hết sức cần thiết cho cuộc chiến mới. Điều này buộc nhóm X-Men của Charles Xavier phải tới giải cứu anh
Mystique (Jennifer Lawrence): Từng là người bạn thân nhất của giáo sư X, Raven đã quay đầu chống lại X-Men và tự gọi mình là Mystique. Với khả năng giả dạng bất kì người nào, cô quyết tâm bảo vệ giống loài bằng mọi giá. Mặc dù vậy, hành động nông nổi của cô có thể gây ra sự tuyệt diệt cho toàn giống loài.
Charles Xavier (James McAvoy): Charles vẫn còn đau đáu về nỗi đau về mối quan hệ với người bạn cũ Erik Lehnsherr, hay còn được biết đến với cái tên Magneto. Các dị nhân cần anh phải tập trung trở lại cho cuộc chiến một mất một còn sắp sửa diễn ra. Cuộc chiến này cũng là một bước quan trọng trong chuyến hành trình để Charles Xavier trở thành Giáo sư X thông thái sau này.
Quicksilver (Evan Peters): Với khả năng di chuyển nhanh hơn vận tốc âm thanh, anh chàng lanh lẹ này đóng một vai trò quan trọng trong nhiệm vụ giải cứu Magneto lẫn cuộc chiến sắp tới với các Sentinel của nhóm dị nhân.
Havok (Lucas Till): Với những vòng năng lượng lửa, Havok được biết đến với luồng sức mạnh khủng khiếp mà anh có thể tạo ra.
Toad (Evan Jonigkeit): Với khả năng nhảy xa tới kinh ngạc và chiếc lưỡi có độc, Toad có thể dễ dàng thoát khỏi những tình huống khó khăn nhất.
Bolivar Trask (Peter Dinklage): Là chuyên gia lỗi lạc nhất về hiểm họa dị nhân và là người lãnh đạo tập đoàn Trask, Bolivar Trask là người chịu trách nhiệm phát triển chương trình Sentinel, chủng loại người máy được thiết kế để săn tìm và tiêu diệt các dị nhân.
Tướng Stryker lúc trẻ (Josh Helman): Là một trung úy quân đội và phó tướng của Bolivar Trask, Stryker luôn dành hết tâm sức để bảo vệ loài người khỏi mối đe dọa dị nhân ngày càng lan rộng. Anh mang trong mình một nỗi căm ghét các dị nhân sâu sắc.
