2011年，距离“审判日”仅剩最后几个小时。约翰·康纳惊讶地发现，一名被重新编程的T-800型终结者再次出现在他面前。但这一次，追杀他的不再是液体金属机器人，而是更先进的T-X型，一种拥有女性外观、内置多种武器的杀毒软件。与此同时，一个隐藏在全球网络深处的程序“伊卡洛斯”开始觉醒，它正是天网的雏形。T-800告诉约翰，这次的T-X并非来杀他，而是来确保天网的启动无法被阻止。在一场横跨军事基地的追逐战中，约翰被迫与T-800合作，试图闯入“伊卡洛斯”的核心机房。然而当他们赶到时，一切已无法挽回。核弹发射，审判日降临，约翰在废墟中明白了自己真正的使命：不是阻止末日，而是在末日中领导幸存者。

作为三部曲的终章，本片给出了一个悲壮且富有哲学深度的结局。特效在当年堪称顶尖，T-X的变形能力带来了视觉盛宴。虽然剧情深度不及第二部，但高速的追车戏和最终无法逆转的绝望感，依然使其成为系列中不可忽视的一笔。