天网在获得自主意识之后，对其创造者——人类发起了残酷的屠杀。此后，约翰·康纳（杰森·克拉科 Jason Clarke 饰）领导他的战友们，与天网所掌控的机器人军团展开了一场漫长的战争。在一场重要的战斗之后，天网派出终结者前往1984年的洛杉矶，目标是暗杀约翰的母亲，莎拉（艾米莉亚·克拉克 Emilia Clarke 饰）。与此同时，约翰委派他最亲密的战友，也是他的生父，凯尔·里斯（杰·科特尼 Jai Courtney 饰）回到过去。凯尔刚抵达洛杉矶，便遭遇了液态金属终结者T-1000（李秉宪 饰）的袭击。而“老爹”（阿诺·施瓦辛格 Arnold Schwarzenegger 饰）则与莎拉联手击败了终结者T-800（阿诺·施瓦辛格 Arnold Schwarzenegger 饰）。似乎过去的历史悄然发生了变化，凯尔从时间旅行的经历中获得了灵感，与莎拉一起穿越到2017年，试图阻止天网的诞生……