Num futuro mundo mergulhado no pânico de uma invasão alienígena, o Major Cage (interpretado por Tom Cruise), um orador militar, teme ir para a frente de batalha. Ele nunca imaginou que o General (interpretado por Brendan Gleeson) o encarregaria de comandar a iminente "Batalha da Normandia". Após recusar a ordem, o General prega-lhe uma partida, classificando-o como desertor e atirando-o para um campo de treino. Cage é integrado no Esquadrão J para combate, mas morre tragicamente no campo de batalha logo no primeiro dia. Inesperadamente, esta morte concede-lhe a capacidade de repetir o tempo no ciclo temporal, e a única pessoa que acredita nele é Rita Vrataski (interpretada por Emily Blunt), conhecida como a "soldado de aço completo". Os dois iniciam uma batalha através dos ciclos temporais; enquanto treina Cage, eles descobrem o segredo por trás do controlo do tempo, que está relacionado com o "cérebro-mestre" alienígena, o Omega. No entanto, a única maneira de alcançar a vitória é fazer com que Cage morra repetidamente, reiniciando o tempo continuamente. Enquanto repetem incessantemente a batalha do dia do desembarque, Cage sente-se cada vez mais relutante em perder Rita...