Un fallido experimento para solucionar el calentamiento global acabó con la mayoría de vida existente en el planeta. Los únicos supervivientes viajan a bordo del último tren, llamado Snowpiercer (Rompenieves), que se mueve en círculos por el mundo, con un motor en perpetuo movimiento, a través de un desierto de hielo y nieve, desafiando el frío glaciar. Los últimos supervivientes de la Tierra se amontonan en sus vagones, en los que se ha impuesto una estricta jerarquización social, divididos entre la clase explotada, que vive en la sección de cola sufriendo hambre y frío, y la clase poderosa, que viaja en los primeros vagones con todo tipo de privilegios y excesos. La vida en el tren es un círculo vicioso hasta que un día, un joven llamado Curtis (Chris Evans), líder de la sección de cola, decidirá cambiar el estado de las cosas, y encabeza una revuelta con el fin de derrocar al arquitecto del tren, Wilford (Ed Harris), e imponer un orden más justo. Acompañado de Namgoong Minsu (Song Kang-ho), un adicto a las drogas experto en seguridad, y de otros personajes, Curtis emprende un viaje suicida al corazón de la máquina, lleno de peligros y tentaciones, y al mismo tiempo buscará descubrir todos los secretos del tren y de la propia condición humana.
