James Cole (Bruce Willis) es un criminal convicto de estar en un futuro post-apocalíptico sombrío. Entre 1996 y 1997, la superficie de la tierra fue contaminada por un virus mortal que obligó a la población superviviente a vivir bajo tierra. A medida que los años pasaron en la oscuridad fría y húmeda, los científicos han encontrado una manera de viajar atrás en el tiempo, aunque imprecisa. Para obtener el perdón, Cole permite a los científicos envían al pasado con el fin de reunir información sobre el virus, un virus que ellos creen que ha sido lanzado por una organización terrorista conocida como el "Ejército de los Doce Monos". En su primera misión, Cole llega a Baltimore de 1990, no de 1996 como estaba previsto. Erróneamente arrestado y enviado a una institución mental, donde se encuentra con la bella psiquiatra Kathryn Railly (Madeleine Stowe), el Dr. Leland Goines (Christopher Plummer) y Jeffrey Goines (Brad Pitt), un paciente excepcional. Cole debe encontrar el "Ejército de los Doce Monos" antes de que sea demasiado tarde.