未来世界，军方研制强化战士作战能力的药剂，却弄巧成拙导致大量民众沾染失败的实验制剂，并由此诞生了身体异于常人的生化人群体。军方兴建了庞大的隔离建筑，同时研发出对付生化人的最终武器，于是生化人组织派出女战士紫罗兰（Milla Jovovich 饰）潜入军方内部，用暴力方式将最终武器抢夺。紫罗兰难耐好奇，于路将最终武器包装打开之后发现里面居然是一名男童（Cameron Bright 饰），原来男童拥有可以消灭生化人的血液抗原，紫罗兰认为血液抗原亦可使生化人返回人类形态，不满组织的粗暴解决方式遂决意背叛，携自称“6号”的男童踏上了躲避军方和生化人组织的亡命之旅。而男童的背后，还有更大的秘密尚未揭开。

在上一集中大显神威的特工头子奥古斯塔斯（塞缪尔•杰克逊 Samuel L. Jackson 饰）这次遇到了大麻烦，他和武器专家托尼在国家安全局的地下指挥中心竟遭到杀手追杀。奥古斯塔斯怀疑这些杀手是被政府内部激进分子指派，蓄意颠覆国家政权，于是他希望物色一名合适的特工戳穿害群之马的险恶阴谋。最后，奥古斯塔斯找到了最佳人选前特种兵戴瑞斯（艾斯•库珀 Ice Cube 饰），他因殴打上级军官现在正被军警监禁。奥古斯塔斯想方设法帮助戴瑞斯越狱成功，并说服他接受了这一国家重任。于是，戴瑞斯开始行动了！

故事发生在《终结者2》10年之后，终结者又回来了。 　　此时John Connor(Nick Stahl) 饰)已经22岁，他的母亲去世后，他过着隐姓埋名的生活，不愿意面对即将到来的命运。但是，命运并不以他的意志为转移，“天网”经历了两个失败之后，派出了更为先进的T-X终结者（Kristanna Loken 饰）来追杀他，人类也同样送回了T-800改良后的终结者T-850（Arnold Schwarzenegger饰）保护John。 　　John巧遇了儿时的伙伴，兽医Kate Brewster（Claire Danes 饰)，Kate的父亲是美国军方“天网”系统的负责人，她本人也将成为人类叛军的副统领，理所当然成了T-X的打击对象。二人在T-850的保护下，开始了逃亡之路。 　　同时，美国电脑系统病毒入侵，人类束手无策之下准备启用“天网”，一旦“天网”接管美国军方防御系统，人类将首当其冲的被消灭。 　　面对已经发生的未来，John Connor和Kate Brewster决定奋起反抗，在T-850的帮助下，他们将又一次改变人类的命运。