Sept ans ont passé depuis X-Men : L'Affrontement final et la mort de nombreux mutants. Logan, l’éternel guerrier marginal, vit reclus dans les montagnes et fait difficilement le deuil de Jean Grey. Mais il est sorti de sa retraite et se rend au Japon où Yashida, un ancien officier Japonais à qui il a sauvé la vie en 1945 lors du bombardement de Nagasaki, lui propose un marché : en échange de sa capacité à guérir, il le rend mortel. Logan ne se rend pas compte qu'il se trouve dans un piège mais il va l'apprendre à ses dépens.
En septembre 2009, Gavin Hood, le réalisateur d' X-Men Origins: Wolverine a spéculé qu'il y aurait une suite qui se déroulera au Japon.

À l'origine, le film devait s'intituler X- Men Origins: Wolverine 2 et ainsi être la suite de X-Men Origins: Wolverine, sorti en 2009. Rapidement, il est annoncé que l'histoire se déroulera au Japon, tout comme une série de comics sur Wolverine par Chris Claremont et Frank Miller publiée dès 1982. Hugh Jackman avoue alors que ces comics sont ses préférés. La productrice Lauren Shuler Donner approche alors le scénariste Simon Beaufoy, qui décline la proposition. Le 5 mai 2009, 4 jours après la sortie américaine de X-Men Origins: Wolverine, la suite est officiellement confirmée.

En août 2009, Christopher McQuarrie, qui avait travaillé de manière non créditée sur X-Men de Bryan Singer, est engagé pour écrire le script du film. L'histoire est alors focalisée sur la relation entre Logan/Wolverine et Mariko Yashida.

À l'origine, Bryan Singer s'est vu offrir l'opportunité de réaliser le film, mais il a refusé. Des rumeurs évoquent alors les noms de Daniel Espinosa, Timur Bekmambetov, Kathryn Bigelow, Tony Scott ou encore Matt Reeves. En octobre 2010, c'est finalement Darren Aronofsky qui est officialisé comme réalisateur du projet. L'une de ses premières décisions est de renommer le film en The Wolverine, pour en faire un film indépendant à la saga plutôt qu'une simple suite.

En mars 2011, Darren Aronofsky quitte le projet en raison de la durée du tournage qui l'obligerait à être absent pendant un an loin de sa famille. Les catastrophes naturelles survenues au Japon posent aussi problème. En avril, Hugh Jackman et la Fox approchent le réalisateur Duncan Jones. En mai 2011, après deux mois d'attente, la Fox annonce la liste des principaux prétendants à la réalisation pour remplacer Darren Aronofsky. Le choix se portera entre Doug Liman, José Padilha, Mark Romanek, Justin Lin, Antoine Fuqua, Gavin O’Connor, James Mangold et Gary Shore. Après le refus de Mark Romanek, c'est finalement James Mangold qui prend le poste de réalisateur, en juin 2011.

En septembre 2011, Mark Bomback est engagé pour réécrire le script de McQuarrie. En octobre 2012, le réalisateur James Mangold avoue que le film suit les évènements de X-Men : L'Affrontement final : « Jean Grey est partie, les X-Men sont dissous, ainsi il y a un énorme sentiment d'isolement pour lui ».