本片的故事背景为后启示录时代的2018年，约翰-康纳(克里斯蒂安-贝尔Christian Bale饰)命中注定要去领导人类抵抗天网卫星和它的终结者军团。可是马可斯-莱特(萨姆-沃辛顿Sam Worthington饰)的突然出现在一定程度上改变了康纳原本信仰的未来状况，这个神秘陌生人的最后记忆是关押在死囚监狱。康纳必须判断马库斯到底是来自于未来，还是从过去被拯救出来的。正当天网卫星准备发起最后一轮攻击之时，康纳和马库斯开始了潜入天网卫星操作心脏的冒险旅程，在那里他们将揭开隐藏在人类灭亡背后的惊人秘密。