上一部中，超级电脑“天网”阻止人类抵抗领袖约翰·康纳诞生的行动失败，时隔13年后，在“审判日”到来之前，“天网”派出了更加先进的生化机器人T-1000（罗伯特·帕特里克 饰）从公元2029年回到洛杉矶追杀已经长大的约翰，与此同时，约翰也派出了机器人T-800（阿诺· 施瓦辛格 饰）回去保护年幼的自己。

在公爵（钱宁·塔图姆 Channing Tatum 饰）的率领下，特种部队给恐怖组织“眼镜蛇”以沉重的打击。虽然眼镜蛇指挥官等中心人物落网，但白幽灵（李秉宪 饰）等组织骨干依然逍遥法外，时刻准备向特种部队和全世界展开反扑。在干净利落解决某中东国家的核危机后，特种部队突然遭 到来自美国政府的惨烈打击，公爵等队员英勇殉职，只有拦路虎（道恩·强森 Dwayne Johnson 饰）、杰伊小姐（阿德琳妮·帕里奇 Adrianne Palicki 饰）和弗林（D·J·科特罗纳 D.J. Cotrona 饰）三人侥幸逃生。原来眼镜蛇早已渗透到美国高层，他们藉此抹黑特种部队，栽赃重要成员之一的蛇眼，其目的是为了找出并解救被囚禁的指挥官。