Die Karriere von Riggan Thomson ist quasi am Ende. Früher verkörperte er den ikonischen Superhelden Birdman, doch heutzutage gehört er zu den ausgedienten Stars einer vergangenen Ära. In seiner Verzweiflung versucht er, ein Broadway-Stück auf die Beine zu stellen, um sich und allen anderen zu beweisen, dass er noch nicht zum alten Eisen gehört. Als die Premiere näher rückt, fällt sein Hauptdarsteller aus, der daraufhin durch den neurotischen Mike Shiner ersetzt werden muss. Zusätzlich muss Riggan sich mit seiner Freundin Laura herumschlagen, der er eine Nebenrolle verschafft hat. Unterstützt wird er immerhin von seiner Tochter Sam, die gerade einen Drogenentzug hinter sich gebracht hat, und von seiner Ex-Frau Sylvia, die öfter herein schneit und alles am Laufen halten will.

Die Welt im Jahr 2031: Ein Versuch, die globale Erwärmung zu stoppen, ist katastrophal fehlgeschlagen und hat stattdessen die Erde in eine neue Eiszeit gestürzt. Nahezu alles Leben ist ausgelöscht und unter Eismassen begraben. Die wenigen verbliebenen Menschen fristen ein Dasein in ständiger Bewegung: Sie sitzen auf dem Snowpiercer fest, einem gewaltigen Zug, der durch eine "?heilige' Maschine gleich einem Perpetuum mobile ununterbrochen angetrieben wird. Die Insassen der Waggons leben in einer Mikrogesellschaft mit striktem Kastensystem. Die Bewohner der letzten Waggons gehören der niedrigsten Kaste an und werden dementsprechend von den oberen Kasten unterdrückt und schikaniert. Unter ihrem widerstrebenden Anführer Curtis planen sie den Aufstand gegen den gottgleichen Zugführer Wilford und seine Schergen. Doch wie hoch wird der Preis für die Freiheit sein, wenn das Schicksal der Menschheit von einer sensiblen Maschinerie abhängt?