Depois do Dia do Julgamento e das máquinas terem subido ao poder, John Connor (Christian Bale, Dark Knight: O cavaleiro das trevas), o líder da resistência humana, tem de contra-atacar o plano devastador da Skynet de extermínio da Humanidade. Ao reunir a resistência humana, para a última batalha, ele descobre que para salvar o futuro terá de salvar o seu próprio pai, Kyle Reese (Anton Yelchin, Star Trek). Contudo, há uma descoberta chocante com a chegada de Marcus Wright (Sam Worthington, Avatar), um desconhecido que surge do passado e que desafia Connor com uma escolha impossível e que irá determinar o futuro da espécie humana - conduzindo os dois numa viagem brutal ao próprio coração do inimigo.