John Connor (Christian Bale) é designado para liderar a resistência humana ao domínio das máquinas, coordenadas pela Skynet e seu exército de exterminadores. Um dia surge Marcus Wright (Sam Worthington), cuja última memória que possui é de estar no corredor da morte. Connor precisa descobrir se Wright foi enviado do futuro ou resgatado do passado, ao mesmo tempo em que a Skynet prepara seu ataque definitivo.