公元2035年，人類被12隻猴子軍研製的一種病毒侵襲，大部分人類都在這場病毒災難中死亡，只有少數人僥倖逃生，但也只能在陰暗的地下，苟且偷生。
科學家們決定派人穿越時光回到1996年追查12隻猴子軍的來歷。囚徒詹姆斯·科爾(布魯斯·威利斯 Bruce Willis 飾)被 挑選爲志願者。陰差陽錯，科爾回到了1990年，當他向當時的人們描述未來的那場大災難時，被當作精神病捉了起來並被醫生凱薩琳·雪莉（瑪德琳·斯通 Madeleine Stowe 飾）診斷爲精神分裂症。科爾在病友傑弗里·戈因斯幫助下逃脫，回到了未來。因爲沒查清12隻猴子軍的來歷，科爾再次被派回了1996年。
科爾這次發現了12隻猴子軍的起源地在費城，他找到了醫生凱薩琳，二人一起展開了追查12隻猴子軍的冒險之旅!