Ha pasado una década desde que John Connor (Nick Stahl) ayudase a evitar el Día del Juicio Final - El día en que las máquinas de alta tecnología de Skynet comenzaron a ser independientes y a destruir la raza humana. Pero llegó el 29 de agosto de 1997 y no pasó nada a pesar de las dos ocasiones en que Skynet trató de asesinar a Connor y declarar la guerra a la humanidad.

Ahora, con 22 años, Connor vive "fuera de circulación"... sin casa, sin tarjetas de crédito, sin teléfono y sin trabajo. No hay rastro de su existencia. No hay forma en que Skynet pueda rastrearlo. Hasta que...

... fuera de las sombras del futuro se encuentra T-X (Kristanna Loken), la máquina de matar ciborg más sofisticada de Skynet. Esta máquina es tan brutal por dentro como bella por fuera, y ha sido enviada de vuelta al pasado para completar el trabajo que dejó sin terminar su predecesor, el T- 1000. Y ella es infinitamente más poderosa, peligrosa y destructiva que ningún Terminator anterior.

Pero esta vez, Connor no es el único objetivo en la lista de Skynet; la inocente veterinaria Kate Brewster (Claire Danes) verá como su distante pasado y su prometedor presente se transforman en un futuro inimaginable... pero sólo si puede evitar al indestructible T-X.

Cuando Connor y Kate descubren que el Día del Juicio Final avanza a gran velocidad; con sólo tres horas entre ellos y el fin del mundo, su única esperanza de sobrevivir es una réplica del ciborg Terminator (Arnold Schwarzenegger), el misterioso y ahora obsoleto, ex asesino de Connor. Juntos, deberán superar la tecnología superior del T-X y evitar la inminente amenaza del Juicio Final... o enfrentarse al final de la civilización tal y como la conocemos.