Dziesięć lat po wysłaniu przez Skynet cyborga T-1000, nowy model Terminatora: T-X, zostaje przeniesiony w czasie z misją zgładzenia Johna Connora (Nick Stahl). Tym razem jest to Terminator o ciele kobiety, nazywany Terminatrix (Kristanna Loken). Razem z nim do czasów młodości Johna Connora przybędzie stary znajomy z poprzednich części cyklu: model T-800 (Arnold Schwarzenegger). Jego zadaniem ponownie będzie ochrona przyszłego przywódcy powstania przeciwko maszynom.

Minęło dziesięć lat od wysłania przez Skynet cyborga T-1000. Nowy model Terminatora: T-X, zostaje przeniesiony w czasie z misją zgładzenia pomocników Johna Connora, gdyż sam Connor jest nie do zlokalizowania. Terminatrix (Kristanna Loken) odnajduje jednak Johna (Nick Stahl) i wybiera go na swój cel. Wraz z T-X przybędzie też stary znajomy z poprzednich części cyklu: model T-800 (Arnold Schwarzenegger). Zesłany przez Kate Brewster z przyszłości, ma za zadanie ochraniać Johna oraz ją samą z przed lat (Claire Danes). Rozpoczyna się walka, od której zależy przyszłość ludzkości.

Od wydarzeń przedstawionych w drugim "Terminatorze" minęło już 10 lat. Dzień Sądu się nie odbył, lecz John Connor (Nick Stahl) wciąż żyje z poczuciem, że to jeszcze nie koniec. Na wszelki wypadek nie ma domu, telefonu ani samochodu. Śpi pod mostem, aby nikt nie mógł go wytropić. Przeczucia okazują się być prawdziwe - z przyszłości przybywa bowiem kolejny Terminator - T-X (Kristanna Loken), najbardziej śmiercionośna i wszechstronna maszyna z dotychczasowych. Terminatrix ma tym razem dłuższą listę potencjalnych ofiar, wśród których znajduje się m.in. młoda weterynarz, Kate Brewster (Claire Danes). Szanse Johna i Kate na powstrzymanie tego co nieuniknione są niewielkie, szczególnie, że ich jedynym sojusznikiem jest przestarzały T-850 (Arnold Schwarzenegger).

Minęło 10 lat odkąd John Connor starał się ochronić ludzkość przed masową zagładą. Teraz Connor (Nick Stahl) żyje poza prawem, nie ma domu, pracy, kart kredytowych, telefonu. Nikt nie wie o jego istnieniu. Pewnego dnia zjawia się T-X (Kristanna Loken), który jest jednym z najbardziej niebezpiecznych morderców pracujących dla Skynetu. Jest cyborgiem, maszyną stworzoną do likwidacji ludzi. T-X ma dokończyć dzieło rozpoczęte przez jej poprzednika - T-1000. W decydującym starciu po stronie Connora staje Terminator T-850 (Arnold Schwarzenegger). On też jest cyborgiem z przyszłości, ale pomaga Connorowi walczyć z cyborgami pracującymi dla Skynetu.  

Dziesięć lat po wydarzeniach z drugiej części, dorosły już John Connor (Nick Stahl) żyje w przeświadczeniu, że dzień zagłady nie został do końca powstrzymany. Jego przeczucia okazują się słuszne, gdy na ziemię po raz trzeci wysłany zostaje robot z przyszłości, Terminatrix (Kristanna Loken), potężniejszy od swoich poprzedników model mający tylko jeden cel - zlikwidowanie Johna Connora. Z misją ratunkową tradycyjnie wysłany zostaje przestarzały terminator T-800 (Arnold Schwarzenegger), który musi ochronić także przyszłą żonę przywódcy ruchu oporu, Katherine Brewster (Claire Danes). Ostateczna walka, od której zależeć będą losy ludzkości, dopiero się rozpoczęła.....