La historia épica de este thriller de ciencia ficción se desarrolla en un futuro cercano en el cual una raza de alienígenas ha atacado la Tierra de manera implacable, y ninguna unidad militar en el mundo es capaz de vencerla. El comandante William Cage (Cruise), un oficial que nunca había estado en combate, es enviado bruscamente a lo que parece ser una misión suicida. Asesinado a los pocos minutos, Cage ahora se encuentra inexplicablemente dentro de un ciclo de tiempo, forzándolo a vivir el mismo combate brutal una y otra vez, combatiendo y muriendo repetidamente. Pero con cada batalla, Cage se vuelve cada vez más eficaz para enfrentar a los adversarios al lado de la guerrera de las Fuerzas Especiales Rita Vrataski (Blunt). A medida que Cage y Rita luchan contra los alienígenas, cada encuentro repetido los acerca un poco más a la victoria sobre el enemigo.