Il y a déjà dix ans que John Connor (Nick Stahl) a sauvé l'humanité de la destruction de masse. Maintenant âgé de vingt-cinq ans, Connor vit en marge de la société, sans logis et sans papier. Toute trace de son existence a été effacée, rendant impossible sa découverte par Skynet, le très sophistiqué réseau de machines qui a déjà tenté de le faire tuer et qui a déclaré la guerre au genre humain. Mais voilà que du futur Skynet envoie sa plus redoutable machine à tuer, le T-X (Kristanna Loken), pour traquer et éliminer Connor. L'unique chance de survie du jeune homme repose entre les mains du premier terminator chargé de le tuer (Arnold Schwarzenegger). À eux deux ils devront venir à bout de cette machine techniquement de loin supérieure au T-1000 pour éviter l'extinction de toute vie humaine.