Het is het jaar 2031 in een post-apocalyptisch tijdperk. Na een mislukt experiment om de opwarming van de aarde te stoppen zorgt een ijstijd er voor dat alle mensen op aarde sterven, behalve de bewoners van de 'Snow Piercer'. Deze trein, aangedreven door een uit zichzelf bewegende motor die nooit stopt, reist de koude wereld rond met aan boord een groep overlevenden. De trein is opgedeeld in verschillende klassen wat er voor zorgt dat er aan boord een revolutie ontstaat.
De deftige en zeer punctuele Phileas Fogg gaat een weddenschap aan met de mede-leden van zijn club met als inzet de som van 20.000 Engelse ponden.
Negen jaar geleden brachten de Amerikaan Jesse en de Franse Celine een perfecte dag met elkaar door in Wenen. Nu, 9 jaar later, komen ze elkaar voor het eerst sindsdien weer tegen. Jesse is in Parijs om zijn boek over de gebeurtenissen van die dag te promoten. In de kleine anderhalf uur die de twee hebben voor Jesse naar het vliegveld moet praten de twee bij over wat er sindsdien in hun leven is gebeurd. Al snel blijkt hoe groot de impact van hun vorige ontmoeting het afgelopen decennium op hun leven is geweest.
De Britse Adela gaat naar het koloniale India om haar vriend te bezoeken en met hem te trouwen. Als een van de weinige Britten is ze geinteresseerd in de inheemse bevolking. Wanneer ze samen met de uit India afkomstige Aziz op picknick gaat beschuldigt ze hem van verkrachting.
Tijdens de Tweede Wereldoorlog wordt de Franse verzetsstrijder Fontaine gevangengenomen door de Nazi's. Hij bereidt een ontsnappingspoging voor, maar als een andere gevangene bij hem in de cel wordt geplaatst, staat hij voor de moeilijke keuze of hij hem kan vertrouwen of zijn pogingen moet staken.
Pike Bishop is de leider van een groep wat oudere outlaws die nog een keer een spoorwegkantoor willen overvallen om zo met pensioen te kunnen gaan. Wanneer deze overval mislukt worden ze gedwongen naar Mexico uit te wijken terwijl ze achtervolgd worden door hun ex-partner Deke Thornton.
De Trans-Europa trein moet stoppen vanwege het slechte weer. De reizigers worden opgevangen in een hotel vlak naast het station. Iris Henderson ontmoet een oude vrouw, Mevrouw Froy, die later verdwijnt als ze weer onderweg zijn. De musicus Gilbert besluit haar te helpen met het vinden van Froy.
Luka is een zachtaardige spoorwegbediende wiens leven op zijn kop wordt gezet, niet alleen door het uitbreken van de oorlog, maar ook wanneer zijn vrouw ervandoor gaat met een plaatselijke muzikant. Dan wordt Luka's zoon ingelijfd en uiteindelijk gevangen genomen tijdens de gevechten. Om zijn zoon terug te krijgen, krijgt Luka de opdracht een mooie jonge moslimverpleegster te bewaken die gebruikt zal worden bij een gijzelingsoperatie.
