Akcja filmu rozgrywa się po Dniu Sądu i opanowaniu Ziemi przez maszyny. John Connor (Christian Bale, „Mroczny Rycerz"), przywódca ruchu oporu, musi przechytrzyć i pokonać Skynet, aby ocalić ludzkość przed eksterminacją. Connor zbiera w podziemiu grupę rebeliantów i razem szykują się do ostatecznej bitwy. Aby ocalić przyszłość, John musi uratować swojego ojca, którym jest Kyle Reese (Anton Yelchin, „Star Trek"). Jednak najbardziej szokującego odkrycia dokonuje, gdy na miejsce przybywa tajemniczy samotnik z przeszłości Marcus Wright (Sam Worthington, „Avatar") i stawia Connora przed niezwykle trudnym wyborem, który prowadzi bohaterów w samo serce wroga i decyduje o losie całej ludzkości.