Vent'anni dopo che la loro famigerata storia d'amore sui giornali scandalistici aveva attanagliato la nazione, una coppia sposata crolla sotto la pressione quando arriva un'attrice a fare ricerche per un film sul loro passato.

In una Los Angeles del futuro, Skynet ha causato l’apocalisse nucleare nel 1997. Nel 2029, alcuni sopravvissuti, grazie a John Connor (Jason Clarke), capo della resistenza degli esseri umani contro i cyborg, riescono a ribaltare gli esiti della guerra contro le macchine. Skynet si rende quindi conto di essere in serio pericolo e prende delle misure di sicurezza: manda un Terminator nel passato per eliminare Sarah Connor (Emilia Clarke), prima che dia alla luce suo figlio John, il futuro leader della resistenza. Anche il soldato Kyle Reese viene mandato indietro nel tempo, ma per proteggere Sarah.