Um die globale Erwärmung rückgängig zu machen, wurden Chemikalien in die Erdatmosphäre freigesetzt, um den Planeten zu kühlen. Dieser Plan schlug jedoch fehl und die Erde erstarrte größtenteils in eine unbewohnbare Eiswüste. Sieben Jahre später überleben die letzten Menschen an Bord des Zuges „Snowpiercer“, der von einem geheimnisvollen Mr. Wilford mit Geldmitteln einer kleinen Gruppe von Eliten und hunderten von Ticketkäufern gebaut wurde. Einige Passagiere haben sich jedoch ohne gültiges Ticket an Bord geschlichen. Diese "Tailies" leben nun am Ende des Zuges unter immer schlechter werdenden Bedingungen, was sie zu wiederholten Aufständen treibt.
Der Tailie Andre Layton, der früher als Mordermittler tätig war, wird von Melanie Cavill, der Durchsagerin des Zugs, um Hilfe gebeten, einen Mordfall aufzuklären. Während seiner Ermittlungen versucht Layton, bessere Bedingungen für seine Mitstreiter auszuhandeln. Er trifft auf seine Ex-Frau Zarah, die zu den Verdächtigen gehört. Nach dem Selbstmord eines Tailies bricht in der Gruppe erneut Aufruhr aus, den Layton beruhigen kann, indem er sich bereit erklärt, den Mordfall zu lösen. Gleichzeitig plant er, sich Zugang zu den vorderen Bereichen des Zuges zu verschaffen, um neue Verbündete zu gewinnen und einen weiteren Aufstand vorzubereiten.
Melanie übernimmt später die Steuerung des „Snowpiercer“ und es stellt sich heraus, dass sie in Wirklichkeit in der Rolle von Mr. Wilford agiert.
