2014年，人类为了控制全球气温变暖使用了大量冷却剂CW7，试图控制气温，没想到却导致地球进入冰川时期，生命灭绝殆尽
很少一部分人登上了一辆诺亚方舟列车得以生存。车头动力是一台永动机，日夜不停的行驶在一条环形铁轨上，每绕行一圈正好是一年。有人的地方就有社会，这里形成了独立的阶级系统，按照社会阶层从前到后安排车厢
列车是天才发明家威尔博士设计制造，同时也是列车的最高统治者
后车厢的反抗团体有两位领导者，年迈的独臂老者吉利姆和年轻的美队
在长期的压迫和剥削下，他们正谋划着一场反抗斗争
后车厢的人民所吃的食物是一种像龟苓膏的加工食品，他们叫做蛋白棒只能够保证他们饿不死，同时，吉利姆在列车前方的眼线，也是通过他们所吃的食物传递信息
这天他们收到线人的消息说监狱车厢内，有一名叫做南宫民秀的安全专家，可以打开列车厢的门，要救出他需要通过三个车门，他们同时开启的时间只有四秒，他们必须想办法在这四秒内通过这三道车门
美队让副手小艾搜集准备做床用的铁桶，他准备使用这些铁桶连接起来，卡主车门拖延时间，但是吉连姆担心士兵使用手枪闹出人命就不好了，美队表示他仔细观察过了，经历过多次暴乱后，枪里可能已经没有子弹了，距离上次士兵使用枪已经是四年前
前方车厢需要什么时就会来后车厢找，今天列车的二把手梅森来到后车厢，他们要找一名小孩去前车厢服务，于是黑人大姐的儿子提米被选中，父母自然不会答应，然后黑人大姐就被打晕，父亲被砸碎一条胳膊
就在他们制作的铁桶工具被发现时，美队快速跑到一名士兵面前，将枪对准自己的额头扣动了扳机，果然里面没有子弹，见状众人推着铁桶制作的管道冲向监狱车厢，美队将一辆小推车放到了管道前端，加快了冲击速度
就在最后的紧要关头，一名壮汉士兵提着铁锤阻挡了他们的进攻，吉连姆的贴身保镖出手，凭借灵活的身躯，越到壮汉的肩上，轻松解决了他
他们成功救出了南宫民秀，南宫民秀可以打开车门，条件是每开一扇门必须要给他两个克洛诺，这是一种吸食后可以致幻的工业废料，而且具有高度的易燃性，在列车上被当做违禁品使用。美队毫不犹豫的就同意了，然后南宫民秀又救出了他女儿尤娜，尤娜拥有杰出的听力，能够听到另外一节车厢大概有多少人，无疑大大增加了他们获胜的机率
尤娜听到前面一节车厢没有人，南宫民秀随后打开门，这节车厢果然一个人都没有，美队给了南宫民秀两个克洛诺。随后又打开了第二道门，这节车厢是专门生产蛋白棒的地方，众人见状开始哄抢这些蛋白棒。一个难民好奇打开了锅炉，吓得他叫出了声，闻讯赶来的美队也走上去看了一眼，一锅炉的小强正被翻炒着，正是制作蛋白棒的原料。想到自己吃了十几年的小强，美队胃部瞬间翻腾，差点吐了出来
这时吉连姆收到线人的消息，纸条上写着水，然后他们断定前面一节车厢是供水车厢，只要拿下水源，就有了跟威尔谈判的筹码，不用杀到第一节车厢，会大大减少人员损失
尤娜确认前面一节车厢没有人，但是在南宫民秀准备打开门的最后一刻，突然出现了很多人，当他喊出不要开门时为时已晚，南宫已经打开了车门。车厢内一群蒙着面的人对着他们虎视眈眈，随后爆发了一场互殴。
就在大家惨烈厮杀时，车厢广播系统突然传来语音，所有蒙战士突然停止战斗开始倒计时，这让难民一脸迷糊，原来是当火车经过的这座大桥是列车的出发点，当再次行驶到这里时以为着已经过了一年，刚刚是列车过年的时间
这时梅森出现在车厢，她指责难民恩将仇报，美队也不惯着她，直接将手中的飞刀刺了过去，但是被梅森的保镖挡下。见此梅森拿出一个眼镜戴上，蒙面战士也带上了眼镜，随后车厢的灯光开始熄灭，列车此时进入了隧道，车厢内变的伸手不见五指。而刚刚他们戴眼镜不是普通眼镜，而是夜视仪，这样打斗就变成了难民单方面挨打。
关键时刻一个难民小孩将一个火把传递到了车厢，形势有所好转，格雷将列车长解决然后还刺中了逃跑的梅森，美队准备冲过去抓住梅森时，副手小艾却被人拿到抵着脖子威胁，但是为了顾全大局，美队选择先擒梅森这个小王，小艾最终惨死
梅森只能下令阻止蒙面人的进攻，美队以为已经拿下了供水车厢有了谈判的筹码，但是梅森告诉他，这只是一个供水的节点
梅森为了保住自己的性命，答应美队带他们前往车头，并且保证他们的安全，但是吉连姆并不相信她，美队决定拼一次，推翻威尔的统治就推举吉连姆为新领袖，建立一个人人平等的秩序
吉连姆见美队态度坚决也就没有再相劝，只是告诉他见到威尔不要给他任何说话的机会迷惑自己
美队让其他人回车厢休息，他和孩子被抓走的黑人大姐，断臂男、南宫父女和格雷压着梅森前往车头
前面车厢的奢靡生活让他们大开眼界，专门种植果蔬的温室车厢、水族馆+刺身车厢、存储肉类的冷冻车厢、校园车厢、这时一个光头男推着一车鸡蛋雇来给每个人分发鸡蛋，每个人都能获得一个鸡蛋，就在大家放松警惕之时，光头男从鸡蛋下面拿出一把机关枪对着难民无差别扫射，蒙面战士得以获救。与此同时，美队所在的校园车厢也遭遇了埋伏，断臂男被爆头，格雷出手一刀将埋伏的女老师击杀。梅森想逃跑被美队制服，这时车厢屏幕里传出图像，吉连姆被一个西装男抓住，直接将吉连姆射杀
见自己的老师惨死冲动的美队准备过去报仇，被黑人大姐一巴掌扇醒。清醒过来的美队毫不犹豫杀死了梅森，剩下的人开始朝着车头的方向跑去，他们经过富人车厢，看到他们奢侈的生活作风，更加坚定他推翻威尔统治的决心
这时的西装男带着两个士兵追了上来，最终两方人马在桑拿车厢展开激战。格雷解决掉两个士兵后被西装男杀死，黑人大姐被西装男射中腹部倒下。最终美队和西装男扭打在了一下，南宫父女的帮助下干掉了西装男。随后黑人大妈拿出一张儿子的画像，恳求美队一定要救出自己的孩子，说完也含恨而终
经过一节快活车厢时，南宫还抢多了很多的克洛诺。最终他们成功地抵达了第一节车厢
但是，南宫却拒绝开启车门，他想要的是打开通往车外的侧门，他自己每年都在通过车窗观察车外的情况，雪花一年比一年薄，飞机残骸上的积雪也在慢慢融化，这都说明车外的温度在逐渐升高，人类不是必须生活在这列车上了，而南宫也并非是个瘾君子，他将拿到的克洛诺制作成了炸药，准备炸开侧门。但是美队并不相信他说的话，以为是他吸多了克洛诺产生的幻觉，两个人争执中车头的车门打开，走出一个微胖女人，开枪打伤了南宫，然后邀请美队进入了车头
美队终于见到了威尔博士，他是一个彬彬有礼的知识分子形象，威尔请美队坐下，还特意给美队煎了牛排
接下来威尔说的话直接颠覆了美队的认知
原来威尔和吉连姆他们很早就相识。车内的资源有限，为了维持平衡让人类活的更久，他和吉连姆策划了暴乱，其实是控制人口的方法。他们达成共识，每隔四年就制造一次冲突暴乱，包括这一次美队为首的反抗行动，也是他们计划之中的，威尔，就是吉连姆口中的线人。威尔说到自己年事已高，很快就要驾鹤西去，他希望美队能够在他死后管理这列火车
一番话下来，换谁也得懵，坚持了多年的信仰就这么被击溃了
西装男并没有死，他带领着一群瘾君子涌到了车头，受伤的南宫拼尽全力阻止对方进来，他让女儿尤娜去美队那里拿火柴点燃炸药，但是美队却将尤娜推开了，他动摇了，他不知道该相信谁。尤娜突然感知到地板下面有人，当他们打开地板时，黑人大姐的儿子正在下面坐着机械性的工作，原来所谓的永动机不会停，但当零件坏时，只能用人顶上，狭小的空间只能容下小孩子下去，所有威尔才会派人去车厢抓走小孩
意识到牺牲孩子这样的做法不可取后，美队打晕威尔，用手臂卡住转动的齿轮，将小孩子救了出来。尤娜也拿到了火柴让南宫点燃了装在门上的自制炸药，但是当他想躲进车头时，车门无法关闭，眼看形势不妙，美队和南宫紧紧抱住两个孩子
随着爆炸响起，引发了雪崩，将火车冲出车轨，最终火车被冲到山下，只有尤娜和小男孩活了下来
他们看到山顶有一只北极熊在觅食，原来南宫的猜测是正确的，生态正在慢慢恢复，
