En 2029, John Connor, chef de la résistance, continue la guerre contre les machines. En plein offensive de Los Angeles, John a des craintes quant à l'avenir, quand des espions TECOM révèlent un nouveau plan de Skynet : il prévoit de l'attaquer sur deux fronts, le passé et l'avenir, ce qui fera finalement changer l'issue de cette guerre pour toujours.

Sur le point de gagner la guerre contre Skynet, Connor envoie son fidèle lieutenant Kyle Reese à travers le temps pour sauver la vie de sa mère et assurer sa propre existence. Mais ce qu'il trouve de l'autre côté, ce n'est en rien ce à quoi il s'attendait. Après avoir été rendue orpheline à neuf ans par un Terminator, Sarah Connor a depuis été élevée par un autre Terminator (interprété par Schwarzenegger), programmé pour la protéger.

Ce Terminator l'a alors formée pour faire face à son destin, qu'elle tente de rejeter catégoriquement.