In naher Zukunft fallen die als Mimics bezeichneten Aliens in Schwärmen über die Erde her und legen die Großstädte in Schutt und Asche, was Millionen Menschen das Leben kostet. Keine Armee der Welt kann es mit der Geschwindigkeit, Brutalität und der offensichtlichen Kenntnis zukünftiger Ereignisse aufnehmen, über die die hochgerüsteten Mimic-Fighter und ihre telepathisch versierten Kommandeure verfügen. Doch jetzt haben sich die Streitkräfte der Erde zu einer Allianz zusammengefunden, um sich den Alien-Truppen mit einer letzten Offensive zu stellen - eine zweite Chance werden sie nicht bekommen.

Lt. Col. Bill Cage verfügt über keinerlei Kampferfahrung, als er ohne Vorwarnung degradiert wird: Plötzlich soll er ohne Ausbildung und mit schlechter Ausrüstung an einem Einsatz teilnehmen, den man nur als Selbstmordkommando bezeichnen kann. Cage wird innerhalb weniger Minuten getötet, kann aber auch ein Alpha unschädlich machen. Unbegreiflicherweise erwacht er wieder und erlebt diesen höllischen Tag erneut: Wieder muss er kämpfen und sterben... und dann wiederholt sich alles noch einmal. Durch den Körperkontakt mit dem Alien ist er in eine Zeitschleife geraten, die ihn dazu verdammt, dasselbe grausige Gefecht ständig aufs Neue zu durchleben.

Doch mit jeder Wiederholung gewinnt Cage an Erfahrung, reagiert unerschrockener, cleverer und perfekter auf die Mimics, wobei ihm die Kämpferin Rita Vrataski von den Special Forces tatkräftig unterstützt - sie hat mehr Mimics liquidiert als sonst ein Mensch. Indem sich Cage und Rita dem Kampf gegen die Außerirdischen stellen, ergibt sich aus jedem wiederholten Einsatz eine neue Chance, die Schwachstellen der Alien-Invasoren zu analysieren und so die Erde zu retten.