Dez anos depois de salvar a Terra do Dia do Julgamento Final, John Connor encontra T-X, um robô assassino enviado para terminar o que o T-1000 começou.

O jovem John Connor é a chave para a vitória da civilização sobre uma rebelião de robôs do futuro. No entanto, ele torna-se alvo de T-1000, um exterminador que pode assumir a forma que desejar e que foi enviado do futuro para matá-lo. Outro exterminador, o renovado T-800, também é enviado de volta ao passado para proteger o garoto. Quando John e sua mãe embarcam na fuga com T-800, o menino cria um vínculo forte e inesperado com o robô.

Em um futuro próximo, a guerra entre humanos e máquinas foi iniciada. Com a tecnologia a seu dispor, um plano inusitado é arquitetado pelas máquinas ao enviar para o passado um andróide com a missão de matar a mãe daquele que viria a se transformar num líder e seu pior inimigo. Contudo, os humanos também conseguem enviar seu representante para proteger a mulher e tentar garantir o futuro da humanidade.