Když skupina X-Menů vyrazí na celkem rutinní záchrannou misi na oběžné dráze k ohrožené posádce raketoplánu, zdá se, že mají vše pod kontrolou a operace probíhá zdárně. Ale zdání klame. Jean Grey (Sophie Turner) je zasažena neznámou a smrtící kosmickou silou, která ji promění v jednoho z nejsilnějších mutantů. I s podporou ostatních X-Menů Jean zápasí nejen se svou nově nabitou a nestabilní silou, ale i se svými osobními démony. Postupně se dostává do děsivé spirály a ztrácí nad sebou kontrolu. Navíc její myšlení začíná ovlivňovat tajemná postava (Jessica Chastain), která přichází s nebezpečnými návrhy na využití její ničivé síly. Grey se mění v Dark Phoenix a stává se hrozbou nejen pro své nyní již bývalé přátele z řad mutantů, ale pro celou planetu. X-Meni tak musí čelit svému nejbližšímu i nejničivějšímu nepříteli – jednomu z nich.
