本片被曝在MPAA注册片名为《未来昔日》（Days of Future Past），而这正是《X战警》漫画在1981年发行的两册经典故事的标题。从这个信息来看，续集故事很有可能以此为蓝本。布莱恩·辛格就“时空旅行”这个问题与詹姆斯·卡梅隆展开了两个多小时的讨论。卡梅隆曾导演《终结者》1与2，对另一宇宙和弦理论有不少了解。 布莱恩·辛格在帕特里克·斯图尔特与伊恩·麦克莱恩巡回演出舞台剧时找到他们，邀请他们出演影片。两人都很吃惊，他们以为法斯宾德与麦卡沃伊已经继承了他们的衣钵，两人对再次回归表示喜悦。 饰演魔形女的詹妮弗·劳伦斯的化妆准备时间从上一部《X战警：第一课》的8个小时锐减到3-4个小时，劳伦斯表示此次的颜料也更为温和，不过要是能像《阿凡达》一样在脸上贴感应点就更好了！ 在《X战警2》中饰演夜行者的艾伦·卡明拒绝回归，因为夜行者的上妆准备过程太辛苦了。