在2018年，人类与天网系统的激烈战争导致世界陷入了末日般的境地，反抗军的领袖约翰·康纳（由克里斯蒂安·贝尔 Christian Bale 扮演）在一次关键任务中获得了打败天网的新策略。与此同时，天网系统发布了新的目标名单，康纳排名第二，而第一位竟然是康纳年轻时的父亲凯尔·瑞斯赫。另一边，一个失忆的强壮男子马库斯（由萨姆·沃辛顿 Sam Worthington 饰）出现在洛杉矶废墟中，与反抗军的瑞斯相识并一同前往反抗军总部。然而，在途中遭遇机械人袭击，瑞斯被捕，马库斯在反抗军女战士布莱尔的帮助下找到了康纳，而两者注定要进行一场生死较量。随着瑞斯命运未卜，反抗军高层决定不再等待，康纳必须冒险潜入行动，赌上一切来挑战天网的统治。