Dans un avenir proche, des extraterrestres ont livré une bataille acharnée contre la Terre et aucune armée au monde n'est à même de rivaliser avec eux. Le lieutenant-colonel William Cage (Cruise) est un officier qui n'a jamais connu le champ de bataille lorsqu'il est lâché sans ménagement dans ce qui s'avère être une mission suicide. Tué dès les premières minutes, Cage se retrouve coincé dans une boucle temporelle qui le force à revivre sans cesse le même combat brutal et à mourir à chaque fois. Mais au fil des batailles, Cage parvient à rivaliser avec les compétences exceptionnelles de ses adversaires, tout comme Rita Vrataski (Blunt) des Forces spéciales. Alors que Cage et Rita luttent contre les extraterrestres, chaque nouveau combat les rapproche de la victoire.
