Arnold Schwarzenegger interpreta a mais selvagem e destrutiva máquina assassina que já ameaçou a sobrevivência da raça humana. Do premiado diretor de Titanic, esta aventura detona um arsenal de sequências emocionantes, mudanças inesperadas da trama e suspense de tirar o fôlego.

Uma criança destinada a ser líder (Edward Furlong) já nasceu, mas infeliz por viver com pais adotivos, pois foi privado da companhia da mãe (Linda Hamilton), que foi considerada louca quando falou de um exterminador vindo do futuro. Neste contexto, um andróide (Arnold Schwarzenegger) vem do futuro, mais exatamente um modelo T-800 igual ao filme original, para proteger o garoto, mas existe um problema: o mais avançado andróide existente no futuro, um modelo T-1000 (Robert Patrick), que feito de "metal líquido", não pode ter nenhum dano permanente e pode assumir a forma que desejar, também veio para o passado com a missão de matar o menino.

Passaram dez anos desde que John Connor (NIck Stahl) ajudou a evitar o Dia do Juízo Final e a salvar a humanidade da destruição. Agora vive a margem da sociedade sem que haja registro da sua existência. Até que das sombras do futuro surge TX (Kristanna Loken) a mais sofisticada e bela máquina mortífera de sempre da Skynet, com a missão de acabar com a vida de Connor. Agora a única esperança de sobrevivência de Connor é o Experminador (Arnold Schwarzenegger)... Juntos têm de triunfar sobre a tecnologia superior de T-X e evitar a ameaça do Dia do Juízo Final ou enfrentar o apocalipse e a queda da civilização tal como a conhecemos.

No tempo conturbado que se segue ao Dia do Julgamento e sob o domínio das máquinas, John Connor (Christian Bale), o líder predestinado da resitência humana, precisa contra-atacar o plano devastador da Skynet para experminar a raça humana. À medida que Connor reúne lutadores clandestinos para uma última e desesperada batalha, ele precebe que para salvar o futuro, ele precisa resgatar seu próprio pai, Kyle Reese (Anton Yelchin). Mas a descoberta mais chocante acontece com a chegada de Marcus Wright (Sam Worthington), um misterioso solitário do passado que coloca Connor frente a frente com uma escolha impossível que determinará o futuro da raça humana - levando ambos em uma jornada brutal rumo ao quartel-general do próprio inimigo.