2032年，人类与机器发动第三次世界大战。约翰·康纳率领抵抗军与天网对抗。在一个激烈的战斗中，康纳意外穿越到2004年，导致未来改变。他现在面临一项重要任务：阻止未来的终结者模型T-X消灭关键反对派组织成员，并避免天网系统自动启动。为了实现目标，他找到年轻而聪明的凯特和前终结者T-800伙伴合作。面对T-X的无情追击、天网军团以及个人过去带来的压力，他们奋力拼搏保卫人类命运，并争分夺秒改写历史进程。