Ambientada no ano pós-apocalíptico de 2018, John Connor (Christian Bale) é o homem destinado a liderar as forças de resistência humana contra a Skynet e seu exército de Exterminadores. Mas o futuro no qual Connor foi criado para acreditar teve uma parte alterada pela aparição de Marcus Wright (Sam Worthington), um estranho cuja última lembrança é de estar no corredor da morte. Connor precisa descobrir se Marcus foi enviado do futuro ou se foi resgatado do passado. Enquanto a Skynet prepara seu ataque final, Connor e Marcus embarcam em uma odisséia que leva ambos ao centro de operações da Skynet, na qual eles descobrem um terrível segredo por trás da possível aniquilação da raça humana.