Ce film nous fait découvrir les origines du plus rebelle des héros Marvel et son histoire avant les événements de la trilogie X-Men. Hugh Jackman reprend son rôle fétiche de héros au pouvoir de régénération convoité par l'armée, et impitoyable jusqu'au bout des griffes.

Après avoir intégré le programme militaire « Weapon X » qui transforme Wolverine en armes vivantes en ayant recourt a une opération qui injecte de l'adamantium liquide dans le corps, Wolverine n'a de cesse de retrouver ceux qui ont tué la femme qu'il a aimée. Le Canada, 1845. Quand John Howlett est tué par son domestique Thomas Logan, son jeune fils James découvre en même temps sa nature de mutant et sa véritable filiation. Sous le coup de la douleur d'avoir perdu son père, des griffes d'os surgissent entre ses phalanges, dont il se sert pour éventrer le meurtrier. Dans un dernier soupir, ce dernier lui confie être son véritable père. Épouvanté par toutes ces révélations, accablé par le regard de sa mère, James Howlett s'enfuit à travers les bois enneigés. Il est rejoint par son demi-frère Victor, mutant lui aussi, qui lui garantit son soutien dans toutes les épreuves à venir.

Protégés des blessures et du vieillissement par leur pouvoir d'auto-régénération, les deux frères combattent côte à côte dans le camp nordiste au cours de la guerre de Sécession, dans les rangs américains pendant la première et la Seconde Guerre mondiale, puis pendant la guerre du Viêt Nam. Là, leur invulnérabilité devient flagrante après qu'ils ont survécu au peloton d'exécution. Le colonel William Stryker leur offre l'amnistie s'ils rejoignent l'équipe de mutants qu'il a constituée. En font également partie David North (l'Agent Zéro), Wade Wilson (Deadpool), Chris Bradley (Bolt) et Johnny Wraith.

Six ans plus tard, dans les Rocheuses canadiennes. James a quitté l'équipe en pleine mission parce qu'il désapprouvait les méthodes employées ; il vit une vie paisible de bûcheron et un amour passionné avec Kayla. Sa compagne l'aide à réfréner l'instinct bestial qui le submerge parfois. Lorsque Stryker vient le prévenir que ses anciens coéquipiers sont tués les uns après les autres et qu'il pourrait être la prochaine cible, il ne prend pas la menace au sérieux. Peu après, Kayla est sauvagement assassinée par Victor, qui n'a pas pardonné à son frère de l'avoir abandonné. James le poursuit pour le tuer, mais sort vaincu du combat.

Ce qui suit dévoile des moments clés de l’intrigue.
Stryker lui offre alors de le rendre invulnérable en recouvrant son squelette d'un amalgame d'adamantium, un métal indestructible provenant d'une météorite. L'opération réussit au prix d'une incroyable souffrance pour le cobaye. Désormais doté de griffes tranchantes comme des rasoirs, celui qui a adopté le nom de Wolverine est plus que jamais déterminé à se venger, quitte à laisser triompher l'animal en lui. Il traque son adversaire jusqu'à la centrale nucléaire de Three Mile Island où sont emprisonnés plusieurs jeunes mutants, dont Stryker a synthétisé les pouvoirs pour créer un mutant artificiel : l'Arme XI. Il s'agit en fait de Deadpool (Wade Wilson), remodelé après quelques opérations
Fins alternatives
Après le générique de fin, trois fins alternatives sont à découvrir.

La première : Stryker marche sans discontinuer jusqu’à ce qu’il soit rejoint par un véhicule militaire américain ; l’un des passagers lui annonce qu’il va comparaître devant la justice pour le meurtre d’un de ses supérieurs.

La seconde : sur l’île de Three Mile Island, la centrale est un tas de ruines d’où émerge le sabre de Deadpool. Dans son prolongement, le bras de Deadpool où la lame va se loger, après quoi sa main tâtonne jusqu’à trouver l’objet qu’elle cherchait : la tête décapitée de son propriétaire. La main caresse la tête. Soudain les yeux s’ouvrent et Deadpool siffle « Chuuuuuutt ! »

La troisième : on retrouve Wolverine dans un bar du Japon, entourés de verres vides et commandant un autre whisky. La serveuse lui demande : « Maa geiin’ kuyokuyo wasureru ? » (Vous buvez pour oublier ?). Il hoche la tête en signe de dénégation et répond : « I drink to remember. » (Je bois pour me souvenir).

Fin des révélations.
Comparaison avec le comic
Dans la séquence pré-générique, le scénario est fidèle au premier numéro de Wolverine Origins (par Paul Jenkins et Andy Kubert) sur la jeunesse du mutant canadien. Il fait de Dents de sabre le demi-frère de Wolverine, question qui était laissée ambiguë dans le comics.

Concernant l'acquisition de son squelette d'adamantium, le film suit la trame de Weapon X (par Barry Windsor-Smith) mais fait intervenir la perte de mémoire de Wolverine bien après l'implantation du métal. À noter que les flashs-back dans X-Men 2 mentionnaient un effacement de la mémoire de Wolverine à la fin du processus ; le présent film reste cohérent car un effacement de mémoire est programmé à ce moment-là, mais le sujet s'échappe.

D'autres personnages divergent davantage de leur version dans les comics. Deadpool, en particulier, possède dans le film des pouvoirs très différents de sa version de l'univers Marvel. Même l'origine de son nom change. Mais il conserve ses bavardages exaspérants, et est conscient d'être un personnage de fiction comme dans les comics.

Lorsque la plaque d'identité de Wolverine est frappée, on remaque que la forme et le N° ont été modifiés par rapport à X-Men : 45825243 T78 4. Dans le premier film, seule la première série de chiffre était visible.

Box office
La première séance de X-Men Origins: Wolverine a fait 3433 entrées parisiennes en ce 29 avril 2009, puis 969 755[4] entrées dans toute la France en une semaine. Moins fort que X-Men 2 de Bryan Singer qui avait su attiré 1 348 391 entrées et X-Men, l'affrontement final de Brett Ratner, avec 1 548 582 entrées pour leurs débuts. Au bout de trois semaines, c'est-à-dire du 29 avril au 20 mai 2009, il se classe au 3e rang avec 1 703 632 entrées, derrière Millenium, le film de Niels Arden Oplev avec 444 618 entrées en une semaine et Anges et démons de Ron Howard, 805 694 entrées également en une semaine.

Aux Etats-Unis, leur film gagne 87 millions de dollars de recettes en un week-end d'exploitation, classé au 1er rang.