10年之后，当年T-800战胜T-1000，救出人类未来领袖约翰·康纳，摧毁天网系统，阻止了世界末日到来。现在，失去母亲的约翰已经22岁，为了暗中监视天网动态，他隐姓埋名当起了"隐形人"，只有他的女友凯特才知道他的真实身份。但最终天网还是查到了他的下落，并且立刻派出最新型的T-X"终结者"执行刺杀任务，人类也同样送回了将T-800改良后的新型机器人T-850保护约翰。
最新型终结者T-X具有前所未见的战斗能力与自我修复功能，远远超出了当年的液态金属T-1000。有着美丽外表的她身手矫健、下手毒辣，可以随心所欲地变成各种形态，甚至还能以能量形式存在于各种网络之间。更要命的是，她还能操纵其它机器和机器人，甚至T-800也无法逃脱她的控制。
片中第一次出现了女敌人，23岁的克莉丝汀娜·罗根在片中扮演杀人机器 T－X，被派去杀害未来的反对者领导约翰·康纳尔，她依旧是个液态机器人，但更漂亮也更恐怖，阿诺的 T－850与罗根的 T－X对抗将会异常惨烈。在公路追逐战中，罗根会把阿诺高高吊起，高速撞向路边的建筑。所以观众再看他们打斗时不要以为阿诺跟一个美女打斗会不好看，这位美女其实是个冷血的机器人。
天网不仅派出了T-X来刺杀人类的未来领袖约翰，而且还派出了他们属下众多的机器人发起了对人类的总攻。更严重的是，天网系统正努力进化到自觉式人工智能程度，并控制了全世界所有的电脑系统，进而发动核战争摧毁人类。年青的约翰必须联合T-800，对抗天网派出的各种机器人，拯救人类的现在和未来……
