No tempo conturbado que se segue ao Dia do Julgamento e sob o domínio das máquinas, John Connor (Christian Bale, Batman O Cavaleiro das Trevas), o líder predestinado da resistência humana, precisa contra-atacar o plano de devastador da Skynet para exterminar a raça humana. À medida que Connor reúne lutadores clandestinos para uma última e desesperada batalha, ele percebe que para salvar o futuro, ele precisa resgatar seu próprio pai, Kyle Reese (Anton Yelchin, Jornada nas Estrelas). Mas a descoberta mais chocante acontece com a chegada de Marcus Wright (Sam Worthington, "Avatar"), um misterioso solitário do passado que coloca Connor frente a frente com uma escolha impossível que determinará o futuro da raça humana, levando-os ambos em uma jornada brutal rumo ao quartel-general do próprio inimigo.