Menceritakan kisah seorang tentara militer masa depan bernama Bill Cage (Tom Cruise). Bill harus mengulang terus-menerus hari terakhir dimana ia meninggal dunia. Ketika ia bertempur ia bertemu dengan prajurit wanita bernama Rita Vrataski (Emily Blunt). Rita kemudian memerintahkan Bill untuk menemuinya saat terbangun kembali setelah mati untuk kesekian kalinya. Rita menjelaskan bahwa ia juga pernah mengalami kejadian dan fenomena aneh yang dirasakan Bill tersebut. Rita kemudian meminta Bill untuk berlatih tempur bersamanya setiap kali terbangun demi sebuah misi penting. Berhasilkah mereka berdua melewati misi tersebut?