年轻时代的“X教授”（Charles Xavier/Professor X）——詹姆斯·麦卡沃伊（James McAvoy）在本片中查尔斯是一个年轻的牛津毕业生，他拥有读心术、可以感知其他变种人，还可以让自己的意识进驻到别人体内。
年轻时代的“万磁王”（Erik Lehnsherr/Magneto）——迈克尔·法斯宾德（Michael Fassbender）他小时候在纳粹集中营待过，被人拿来作实验，也正是在那最惨痛的时候他意外发现了自己可以控制金属的能力。20年后埃里克长大了，他到处追寻当年在集中营拿他作实验的纳粹科学家——塞巴斯蒂安·肖（Sebastian Shaw）。
少女“魔形女”（Raven Darkholme/Mystique）——詹妮弗·劳伦斯（Jennifer Lawrence）她很早就发现自己可以随意变形、易容、伪装成他人，但她一直没有安全感，想把自己蓝色皮肤、红头发的本来面目掩藏起来。直到遇到了埃里克，后者开导她，让她学会接受本来的自己。
年轻时的“野兽/蓝魔鬼”（Dr. Henry Philip “Hank” McCoy/Beast）——尼古拉斯·霍尔特（Nicholas Hoult）年轻、聪明，略带书呆子气的可爱科学家，在女孩面前容易脸红，他喜欢魔形女，想用魔形女的DNA来治疗自己野兽般的大脚（他对此很在意），但事与愿违，不但没能让双脚变得正常，反而让他彻底变成了蓝色“野兽”，拥有了超人般的力量、速度和体格。
亚历克斯·萨莫斯（Alex Summers/Havok）——卢卡斯·提尔（Lucas Till）“独眼龙/电眼侠”斯考特（Scott ‘Cyclops’ Summers）的弟弟，可以用身体发出破坏性极大的光束射线，但和哥哥一样，他也无法控制自己的超能力，为此查尔斯给他做了一个胸甲，帮助他控制光束发射的方向和强度。
“达尔文”（Armando Muñoz/Darwin）——艾迪·盖瑟吉（Edi Gathegi）人如其名，他具有不断进化的超能力，无论在何种环境下，都能条件反射般进化出适应该环境的技能。在水下他会立刻长出腮，在一片漆黑中他的双眼会有夜视功能……
肖恩·卡西迪（Sean Cassidy/Banshee）——卡莱布·朗德里· 琼斯（Caleb Landry Jones）他拥有超高分贝的叫声，这叫声足以粉碎或融化很多东西，后来他还学会了自由飞翔。他暗恋罗斯·拜娜（Rose Byrne）饰演的中情局特工莫伊拉（Moira）。
“萨尔瓦多天使”（Angel Salvadore/Tempest）——佐伊·克拉维茨（Zoe Kravitz）她原先是一位脱衣舞娘，后被查尔斯和埃里克招募进X战警的队伍，再后来投靠了萨巴斯蒂安·肖，成为其领导的“地狱之火”（Hellfire）组织的成员。她背上有奇怪的纹身，暗藏玄机，一旦伸展开来就是一对昆虫的翼翅，此外她还能够发射酸弹。
塞巴斯蒂安·肖（Sebastian Shaw）——凯文·贝肯（Kevin Bacon）“地狱之火”（Hellfire Club）秘密组织的领导人，计划让变种人来统治世界。他可以吸收别人攻击他的动能，再把它们以破坏性的力量释放出来。他与X战警的关系有点类似“X战警三部曲”中万磁王与X教授的关系，前者都主张以暴力争取变种人的平等权利，后者则主张通过和平方式争平权。这在一定程度上是影射黑人民权运动中的马尔科姆X（Malcolm X）和马丁·路德·金（Martin Luther King）。
“白女王”（Emma Frost/White Queen）——詹纽瑞·琼斯（January Jones）她可以将自己的身体变成世界上最坚硬的物质——钻石，无坚不摧，她是塞巴斯蒂安·肖重要的左膀右臂。
“Azazel”——杰森·弗莱明（Jason Flemyng）漫画中是“夜行者”（Nightcrawler）的父亲，他也是塞巴斯蒂安·肖重要的左膀右臂。脸如红魔鬼的他特异功能是幻影移形。
“激流”（Janos Quested/Riptide）——阿莱克斯·冈萨雷斯（Álex González）他可以将自己的身体以不可思议的高速旋转，制造旋风。
莫伊拉（Moria MacTaggert）——萝斯·拜恩（Rose Byrne）中情局特工，在六十年代中情局女特工很罕见，所以她算是一位时代先锋。漫画里她是一位基因和变种人研究的专家，在《X战警3：最后一战》里该角色也曾短暂出现，由奥莉维亚·威廉姆斯（Olivia Williams）饰演。她和查尔斯因工作结识，并成为变种人的同盟。