上一部中，超級電腦“天網”阻止人類抵抗領袖約翰·康納誕生的行動失敗，時隔13年后，在“審判日”到來之前，“天網”派出了更加先進的生化機器人T-1000（羅伯特·帕特里克飾）從公元2029年回到洛杉磯追殺已經長大的約翰，與此同時，約翰也派出了機器人T-800（阿諾·施瓦辛格飾）回去保護年幼的自己。此時，薩拉·康納（琳達·漢密爾頓飾）因為怪異的言行而住進了精神療養院，約翰則和養父母住在一起，行為叛逆。T-800找到他們，在逃避T-1000追殺過程中，獲得了二人的信任。為了改變未來的歷史，挽救人類的命運，薩拉、約翰和T-800 Model101找到了“天網”之父，邁爾斯·戴森（喬·莫頓飾），說服他銷毀一切有關“天網”的資料，此時，警察和T-1000同時趕來，他們陷入了多方爭斗中。最終薩拉與約翰駕駛改裝卡車摧毀Cyberdyne公司核心實驗室，T-800在熔爐中與追擊的T-1000同歸于盡，戴森主動引爆服務器完成自我救贖。影片以母子在荒漠駕車遠行、薩拉用攝像機記錄人類最后希望的畫面收尾。