В центре сюжета Сара Коннор и её сын Джон, время действия — после событий фильма «Терминатор-2». Герои вновь сталкиваются со злобным киборгом из будущего, который явился, чтобы убить Джона. Беглецов спасает «положительная» терминатор Кэмерон (Саммер Глоу), которая сообщает семейству Конноров, что Скайнет все-таки был изобретен и конец света состоится, хотя и сместится по времени в будущее на несколько лет вперед. Трое героев — Сара, Джон и Кэмерон пытаются вычислить создателя Скайнета и пресечь его разработки; параллельно за ними охотятся киборги, ФБР и полиция.

Сценаристы нарочно игнорируют события фильма «Терминатор-3», так как он вызвал бурю негодования среди поклонников фильма «Терминатор» своим количеством ляпов и нестыковок.