故事发作在《终结者2》10年之后，终结者又回来了。此时John Connor(Nick Stahl) 饰)曾经22岁，他的母亲逝世后，他过着隐姓埋名的生活，不情愿面对行将到来的命运。但是，命运并不以他的意志为转移，“天网”阅历了两个失败之后，派出了更为先进的T-X终结者（Kristanna Loken 饰）来追杀他，人类也异样送回了T-800改良后的终结者T-850（Arnold Schwarzenegger饰）维护John。John巧遇了儿时的同伴，兽医Kate Brewster（Claire Danes 饰)，Kate的父亲是美国军方“天网”系统的担任人，她自己也将成为人类叛军的副统领，天经地义成了T-X的打击对象。二人在T-850的维护下，末尾了逃亡之路。同时，美国电脑系统病毒入侵，人类一筹莫展之下预备启用“天网”，一旦“天网”接收美国军方进攻系统，人类将首当其冲的被消灭。面对曾经发作的未来，John Connor和Kate Brewster决议奋起对立，在T-850的协助下，他们将又一次改动人类的命运。
