极寒灾难爆发的未来地球，人类文明只剩下了一列永恒循环的列车，这趟列车已经行驶了17年，车上演化出了阶级，越往前越富有，富人骄奢淫逸，日夜笙歌，越往后越穷苦，末节车厢都是脏兮兮的底层人民，人口多，但生活痛苦，每天只能吃前面送来的食物，17年来都是同一样，黑色的蛋白膏，软软弹弹的，有点像凝固的龟苓膏，底层居民想反抗，理由很简单，我们想吃肉。
但，任何程度的违抗都会被士兵暴打，不光如此，他们还会派人来抢小孩，如果有谁对头等车厢不敬，他们就会把这人的手伸出列车外，在拎回来，手已经结成了冰，然后，用锤子一敲。这能忍吗？末节车厢有一个秘密领导者，名叫克总，也就是男主，为了反抗，他收集了一大堆铁桶，这天，士兵们又来送食物，打开了几扇电动门，男主觉得时机到了，心一横，直接冲向士兵，拿起他们的枪，对准自己的脑袋就扣动扳机，他猜对了，士兵的枪早已经没有子弹，于是，底层人民全体暴起，众人把铁桶往前推，卡住一扇扇门，他们人多势众，很快把数量不多的士兵统统干掉，反抗军的第一站胜利了！
不久，他们来到了列车监狱，监狱很特别，囚徒都被关在停尸间一样的抽屉里，他们找到了要找的人，一个韩国的电子专家。他知道怎么开电动的列车门，这个人从身上掏出了已经绝种十几年的香烟，抽了起来，他吐出烟雾，人们都看着他。之后，韩国专家和克总达成了交易，他也救出了自己被关押的女儿，这女孩有着一种奇妙的能力。可以感应到另一节车厢里有没有人，韩国专家开始开门，反抗军进入了下一节车厢，并在这节车厢找到了窗户，望着窗户外的世界，这个老人大吸一口凉气，无限冰封，死气沉沉。
他们继续往下一个车厢进发，女孩又一次提前说，下节车厢有一个人，他们打开，果然看到了一个人，原来这里就是生产蛋白膏的车间，克总禁不住好奇，爬到蛋白膏机器顶上看，一下子惊呆了。原来底层车厢吃了17年的蛋白膏，全都是蟑螂做的，他近乎呕吐。而其他底层居民全都在争抢蛋白膏，他跳下来，告诉那个象征着媒体的画家，你不能画下这个，对方只好答应。
他们继续往下一个车厢走去，但就在韩国人开门的时候，他女儿突然听见了下节车厢里的情况，表情渐渐惊恐，大喊不要开门，但她爸爸已经开了门，车厢门一开，出现了数十个壮汉，拎着各式各样的斧头，但最诡异的是，他们大多都蒙着眼睛，为什么要蒙眼睛？如果他们是来镇压反抗者的，看不见岂不是削弱了自己战斗力？但，答案很快揭晓了，接下来，他们纷纷戴上了夜视仪，然后灯一个个黑掉，韩国人说，前面有隧道，说完就跑了。
列车果然进了隧道，完了。黑暗中，底层居民毫无反抗能力，一个个被杀死，但就在这个绝望的时刻，克总突然想到，刚刚他看见过韩国人的火柴，他大喊起来，快，我们需要火然后底层车厢的小男孩就点起了火，火炬接力跑，开始了，小朋友，然后是大人，然后是下一个大人，星星之火可以燎原，很快火种就传到了反抗军手上，他们重新获得了视野，士气高涨，把富人军打得七零八落，很快男主就抓到了富人的女领导，列车从隧道出来，底层车厢还是伤亡惨重，就连最爱戴男主的那位少年，也离开了人世，男主哀悼了一会，决心继续进军，但深夜，德高望重的老人却开始劝他，别去了。男主不听，执意要去，留下了大队兵力，带着一个6人小队，押着女领导进军。
从现在开始，他们目睹了17年来都没有看过的美好世界，先是一个种满了植物的车厢，然后是一个养殖鱼的海底世界车厢，他们还在这吃到了罕见珍贵的寿司，接下来来到一个屠宰场车厢，到处都挂着肉鸡，他们吃了17年的蟑螂，前面的物资却这么丰足，再到下一个车厢，是一个学校，一群富人孩子在听一个老师讲课，但老师讲的却全是洗脑的话，看着老师和学生们兴奋到夸张的神情，男主赶到不寒而栗，这时，一个光头推着一个鸡蛋车来了，给孩子大人们一个个送鸡蛋，再往后送，甚至送到了底层车厢所在的地方，连穷人他也送，但就在他用鸡蛋软化了每个人紧张感的时候，他从鸡蛋堆里掏出了冲锋枪，那个看起来和善的老师也拿了一把枪出来，开始疯狂杀戮。
当男主的队伍终于打倒老师，他们从电视机里看到，底层车厢已经被制服了，杀手抓住了那位德高望重的老人，将他处死了，男主好恨，他也杀了女领导，继续向前面车厢前进，越走越是惊奇，有高科技牙医，有精致裁缝店，有一个华贵酒吧，人人都披着貂，还有贵妇人的美容院，有钱人的奢靡生活被展现得淋漓尽致，可惜，士兵和杀手很快赶上了他们，又是一场惨烈的大战，男主最终打败了杀手，但也损失惨重，男主对这位奄奄一息的母亲保证，一定会就回他被抢走的孩子，她流泪道谢，然后就停止了呼吸。
再往前，最有钱的车厢居然是一个酒吧，人人都穿着奇装异服，拎着酒，化着妆，跳着毫无意义的垃圾舞蹈。原来，你们所谓高等人，就是什么也不干，只会享乐狂欢的寄生虫！男主没有理会这些人，阴沉着往前走，他一心只想找到控制这个列车的管理者，为他犯下的罪行，为他容许的堕落，为他荼毒的无数无辜生命，给他血的惩罚。
但当他们真的到达管理者门前，却发现，这个门根本打不开，男主怒火滔天，对着门大喊大叫。但，他只能从内部打开，外部没有任何机关。电影这里的情节设计，像极了封建主义，底层永远只能是底层，外部永远进不到里面。男主发泄完毕，倒在地上，好颓废。他为什么这么难过，因为为了这场所谓的反抗，他失去了所有重要的人，他抽着全人类最后一支烟，告诉韩国人。
17年前，管理者没有送来蛋白膏之前，他们底层车厢是人吃人的，他自己就吃过很多人，直到那位老人带领着有良心的人自断胳膊腿，给大家吃，他们才停止了这种残暴的弱肉强食，多年来，男主痛苦忏悔，一直都想求死，但没想到只有罪孽深重的自己，占到了最后。这时，韩国人指着列车门说，我要开这扇门，我们要离开这辆列车，到大自然里去，就在这时，管理者的门开了，黄衣女人拿着枪出来，打伤了韩国人，然后对男主说，管理者邀请你进去，男主只能乖乖答应，他没想到，列车的管理者，是个沉着有理的老人。
他为男主煎了一块牛排，然后告诉了他，藏在雪国列车里，最为惊天的秘密，原来，每一次底层革命，都是管理者亲手策划的，他亲自把情报写下，传到底层车厢，然后由他的搭档，也就是那位德高望重的老人接收，领导起义，他们策划好，起义在哪里失败，会死亡多少人，为什么要这样，因为这一切都是为了控制人口，这两列车的资源有限， 但人口却始终无节制地暴涨，为了让过剩的人口不要坐吃山空，合理的暴力是有必要的，减少底层人口，也减少富人人口。
原来，尘世间所有的苦难，都是这个，冷漠的幕后黑手策划的，一切对他来说，只不过是数字而已，男主呢，此时眼神已经变得迷茫，似乎被管理者的阴谋论成功洗脑，管理者说，他老了，要男主接替他的位置，他会怎么决定？这时女孩来向他求救，男主居然把她推开了，难道他要黑化了吗？就在这时，女孩突然听见了地板下面的东西，男主帮他打开地板，看见底层车厢的小男孩在下方操纵着机器，看着可怜的小男孩和冷漠的管理者，男主终于回归了初心，他要为了正义和善良而战，而不要为了冷漠的经济理论，于是，他达到管理者，伸手下去救起了小孩，女孩也成功点燃了列车门的炸弹引信。
最后，男主把小男孩救出来，和韩国人一起，用身体护住了两位弱小的孩子，（抱在一起爆炸的场景）。影片结尾，两位小孩，离开了雪国列车，在广袤的雪地中，他们找到了一个活着的北极熊。这一情景就是为了向我们展示，与其用太多太多阴谋手段，人工机器，去操纵人类的发展，试图人定胜天！不如回归自然，让人与自然和谐，达成天人合一。
