天網在獲得自主意識后發動全球屠殺,人類領袖約翰·康納(杰森·克拉克飾)在抵抗戰爭中派遣戰士凱爾·里斯(杰·科特尼飾)穿越至1984年,保護自己的母親莎拉(艾米莉亞·克拉克飾)免遭被派回的終結者獵殺。凱爾落地即遭遇液態金屬終結者T-1000(李炳憲飾)追殺,而年邁的賽博格"老爹"(阿諾·施瓦辛格飾)與攜帶反終結者裝備長大的莎拉聯手擊潰了初代T-800。三人發現時空悖論導致歷史發生偏移后,利用時間機器核心裝置重啟坐標,攜帶關鍵數據穿越至2017年圣何塞。在摧毀天網核心研發設施的過程中,凱爾通過量子糾纏效應獲得未來記憶殘片,最終與莎拉成功引爆實驗室阻止了天網覺醒。行動觸發的時間震蕩形成全新平行時空,凱爾在臨終前通過基因檢測確認自己正是約翰的生身父親。