一对女孩维多利亚·迪桑(梅根·查彭提尔MeganCharpentier饰)和莉莉·迪桑(伊莎贝尔·内利瑟IsabelleNélisse饰)的母亲被他们的父亲所杀,父亲也随即自杀并将两个女儿遗弃在树林里。五年后,她们被发现时状况极差,孤独、饥饿,她们对一切的肢体接触都会感到恐惧和抗拒,没人知道她们是如何在如此孤独的环境中存活的。叔叔卢卡斯(尼可拉·科斯特-瓦尔道NikolajCoster-Waldau饰)和女友安娜贝尔(杰西卡·查斯坦JessicaChastain饰)收养了她们,原本平静紧缚捆绑美女,天网拥有独立意识后,对创造它的人类展开血腥屠杀。此后的岁月,约翰·康纳(杰森·克拉科JasonClarke饰)率领战友和天网的机器人大军进行着旷日持久的战争。在关键的一次战役过后,天网将终结者派往1984年的洛杉矶,企图杀害约翰的妈妈莎拉(艾米莉亚·克拉克EmiliaClarke饰)。而约翰则将自己最亲密的战友——同时也是他的生身父亲凯尔·里斯(杰·科特尼JaiCourtney饰)派往过去。凯尔刚刚抵达洛杉矶便遭到液态金属终结者T-1000(李秉宪饰)的袭击。与此同时,“老爹”(阿诺·施瓦辛格ArnoldSchwarzenegger饰)则与莎拉联手干掉了终结者T-800(阿诺·施瓦辛格ArnoldSchwarzenegger饰)。
似乎过去的事情悄然改变,凯尔则从时间旅行中的遭遇得到灵感,与莎拉穿越来至2017年,尝试阻止天网的诞生。