故事发生在《终结者2》10年之后，终结者又回来了。此时康纳（尼克·斯塔尔 饰）已经22岁，他的母亲去世后，他过着隐姓埋名的生活，不愿意面对即将到来的命运。但是，命运并不以他的意志为转移，“天网”经历了两个失败之后，派出了更为先进的T-X终结者（克里斯塔娜·洛肯 饰）来追杀他，人类也同样送回了T-800改良后的终结者T-850（阿诺·施瓦辛格 饰）保护康纳。 　　康纳巧遇了儿时的伙伴，兽医Kate Brewster（克莱尔·丹妮斯 饰)，Kate的父亲是美国军方“天网”系统的负责人，她本人也将成为人类叛军的副统领，理所当然成了T-X的打击对象。二人在T-850的保护下，开始了逃亡之路……