L'action épique de "Edge of Tomorrow" se déroule dans un futur proche où une race extraterrestre a frappé la Terre dans un assaut incessant, imbattable par toutes les unités militaires du monde.

Le Major William Cage (Cruise) est un officier qui n'a jamais vu un jour de combat lorsqu'il est lâché sans ménagement dans ce qui s'apparente à une mission suicide. Tué en quelques minutes, Cage se retrouve inexplicablement projeté dans une boucle temporelle, ce qui l'oblige à revivre le même combat brutal, à se battre et à mourir encore et encore.

Mais à chaque bataille, Cage devient capable d'affronter ses adversaires avec de plus en plus d'habileté, aux côtés de la guerrière des forces spéciales Rita Vrataski (Blunt). Et, alors que Cage et Rita mènent le combat contre les aliens, chaque rencontre répétée les rapproche un peu plus de la défaite de l'ennemi.