10 Jahre nach den Ereignissen von Terminator 2 - Skynet besteht kurz bevor die Kontrolle über die Maschinen zu erhalten und somit den Untergang der Menschheit einzuleiten. John Connor (Nick Stahl) ist ein Computer-Hacker, der ständig auf der Flucht vor der Polizei ist, seine Mutter Sarah Connor ist bereits nicht mehr am Leben.
Erneut wird ein Terminator in die Vergangenheit geschickt - um den späteren Rebellen-Führer zu töten: T-X (Kristianna Loken), ein Roboter der in Lage ist sich unsichtbar zu machen und Kontrolle über andere Maschinen besitzt.
Doch auch der T-800 (Arnold Schwarzenegger) wird zurückgeschickt um den aussichtslosen Kampf um John Connor und damit um die Zukunft der Menschen zu bestreiten ...