故事发生在遥远的1500年前，沃提根（裘德·洛 Jude Law 饰）背叛了自己的哥哥尤瑟王（艾瑞克·巴纳 Eric Bana 饰），导致了人类和巫师之间维系了百年的平衡被打破。幸运的是，尤瑟王唯一的后裔逃过了一劫，这令他的血脉并不至于就此断绝。 一晃眼15年过去，小小的婴儿被取名为亚瑟（查理·汉纳姆 Charlie Hunnam 饰），成长在社会的最底层，并且对自己的身世一无所知。沃提根杀死了哥哥之后独揽大权，施展自己的铁腕统治手段，一时间民不聊生。一次偶然中，亚瑟拔出了一把深深插进了巨石中的宝剑，在传说中，这把剑只有拥有王室血统的人才能够举起。这一消息很快就传到了沃提根的耳中，亚瑟遭到了逮捕。
天网拥有独立意识后，对创造它的人类展开血腥屠杀。此后的岁月，约翰·康纳（杰森·克拉科 Jason Clarke 饰）率领战友和天网的机器人大军进行着旷日持久的战争。在关键的一次战役过后，天网将终结者派往1984年的洛杉矶，企图杀害约翰的妈妈莎拉（艾米莉亚·克拉克 Emilia Clarke 饰）。而约翰则将自己最亲密的战友——同时也是他的生身父亲凯尔·里斯（杰·科特尼 Jai Courtney 饰）派往过去。凯尔刚刚抵达洛杉矶便遭到液态金属终结者T-1000（李秉宪 饰）的袭击。与此同时，“老爹”（阿诺·施瓦辛格 Arnold Schwarzenegger 饰）则与莎拉联手干掉了终结者T-800（阿诺·施瓦辛格 Arnold Schwarzenegger 饰）。 似乎过去的事情悄然改变，凯尔则从时间旅行中的遭遇得到灵感，与莎拉穿越来至2017年，尝试阻止天网的诞生……
终于有一天，人类向日渐增多的血族和狼族宣战，这两个族群遭到大肆围剿与屠杀，人类取得绝对的优势。塞琳娜（凯特·贝金赛尔 Kate Beckinsale 饰）和约翰也在这场浩劫中遭难，当她再次醒来时，却发现自己被名为抗原研究所的机构囚禁起来，编号实验品1号。她奋力突破了束缚，根据共视的能力在黑暗的都市中寻找实验品2号——约翰。途中她遭遇血族的同伴相助以及狼人的袭击，当她找到被狼人们追逐的实验品2号时却发现，眼前竟是一个从没见过面但有着极为恐怖力量的小女孩——伊薇（英迪娅·埃斯利 India Eisley 饰），而她是血族与狼族的混血儿。 在这个陌生的时代，塞琳娜注定继续过着血雨腥风的生活……
在尼比鲁星球探查期间，企业号舰长柯克（克里斯·派恩Chris Pine 饰）为营救史波克（扎克瑞·昆图 Zachary Quinto 饰）采取了胆大妄为的举动，几乎危及全舰队员的生命，他也为此付出代价。不久，柯克官复原职，而伦敦发生一起死亡超过四十人的恐怖袭击事件。该事件的始作俑者约翰·哈里森（本尼迪克特·康伯巴奇 Benedict Cumberbatch 饰）正来自联盟内部。此后他驾驶飞机袭击了高层会议，柯克最为敬重的派克将军不幸遇难。为了阻止哈里森的外逃阴谋，柯克重新率领企业号启程追击。危机重重的旅途，他和舰员、朋友之间的信任也受到巨大考验。 当他们最终找到哈里森，才终于知晓他的真实身份，以及伦敦袭击事件背后的阴谋和黑幕……
