2015年7月1日にパラマウント・ピクチャーズからRealD 3DとIMAX 3Dで公開された。シュワルツェネッガーの復帰と演技は賞賛されたものの、プロットや演技を批判する批評家からは酷評された。全世界で4億4,000万ドル以上の興行収入を記録し、『ターミネーター2』に次いで、シリーズ、そしてシュワルツェネッガーのキャリアの中で2番目に高い興行収入を記録した。

当初は2つの続編とテレビシリーズが計画されていたが中止となった。最終的に、映画化権は、共同制作者であるジェームズ・キャメロンに戻り、『ターミネーター2』の直接の続編である『ターミネーター:ニュー・フェイト』が製作された。
ストーリー
プロローグ
西暦2029年。「審判の日」から30年以上に渡って繰り広げられていた、未来を知る男ジョン・コナー率いる人類とスカイネット率いる殺人機械群の戦いは、人類の勝利に終わった。窮地に陥ったスカイネットは、ジョンの母サラ・コナーを殺害することで彼の存在自体を抹消すべくタイムマシンでターミネーターT-800を1984年に送り、人類側もそれを阻止すべく志願したカイル・リースが送り込まれることになる。しかし、スカイネットは人類側に刺客を紛れ込ませており、タイムトラベルに立ち会っていたジョンは背後から刺客に襲われてしまう。カイルはタイムマシンを出てジョンを助けようとするが、既にタイムトラベルのシークエンスが始まってしまっており止めることはできず、カイルは1984年に転移する。転移中、カイルは「ジェニシスがスカイネットだ。起動すると審判の日が始まる。その前に殺せ。」「審判の日は2017年」と、子供の頃の自分が語りかけてくるという謎の光景を見る。
序盤
1984年に到達したカイルを待っていたのは、液体金属ターミネーターT-1000の襲撃だった。予想外の窮地へ追い込まれたカイルを助けたのは、屈強な女戦士となっていたサラと、彼女に「おじさん」と呼ばれる中年姿のT-800（守護者）だった。サラは幼少時にT-1000の襲撃によって両親を失い、彼女を護るべく何者かが派遣した守護者の保護と教育を受けて育ち、カイルの来訪や彼のその後の運命もすべて知っていた。そして、スカイネットから送り込まれていた青年姿のT-800も、サラと守護者によって倒されていた。カイルは自分がジョンから聞いていた過去とまったく異なることに戸惑いつつも、追撃してきたT-1000を倒し、サラも守護者からもたらされた未来の情報を用いてタイムマシンを製作していたことをカイルに明かす。サラは青年姿のT-800から摘出したチップを使い、「審判の日」の起こる1997年にタイムトラベルしてスカイネットを起動直前に破壊しようと考えていた。だが、それに違和感を覚えたカイルは転移中に見た謎の光景のことを伝える。それを聞いた守護者から、転移中に見た謎の光景が「別の時間軸の記憶」であることを告げられたカイルは、2017年へのタイムトラベルを主張し、サラを説得する。T-1000に生体組織を損傷させられ、タイムトラベルができなくなっていた守護者を残し、カイルとサラは2017年に向かう。
中盤
2017年に到達したサラとカイルは警察に逮捕され、連行先の病院で「ジェニシス」がサイバーダイン社のダイソン父子が開発したすべてのコンピュータデバイスを結びつけるシステムであることや、その起動日こそが新たな「審判の日」となることを知る。まもなく、2029年からやってきたジョンが現れ、サラとカイルはジョンがこの場にいることに疑問を覚えつつも脱走に取りかかるが、そこへ生体組織が劣化して老人の姿となっていた守護者が合流し、ジョンを銃撃する。驚くサラとカイルの前でジョンは平然と立ち上がり、自らがスカイネットによって新型ターミネーターT-3000へ改造されたことや、カイルとサラだけを残して他の人類は抹殺することを告白する。守護者は病院内でT-3000と戦い、MRI装置の発する高磁力を利用して撃退に成功する。なんとか危機を脱したサラとカイルと守護者はジェニシスを破壊すべくサイバーダイン社へ向かうことを決意するが、T-3000はすぐに復活して3人の追撃に移る。
終盤
T-3000の追撃をかいくぐりつつ、サラとカイルと守護者はサイバーダイン社のメインコンピュータに爆弾を仕掛けるが、ジェニシスは急激な進化を遂げ、起動までの時間が残り数分まで迫っていた。守護者は作戦を成功させるため、サイバーダイン社内の未完成のタイムマシンにT-3000と自分を閉じ込めて起動させるよう、カイルとサラに告げる。サラの反対を押し切って装置を起動させたカイルに、守護者は「俺のサラを守ってくれ」と告げた後、T-3000を抑え込んだまま高磁場と大爆発に巻き込まれる。T-3000は完全に消滅し、その直前に弾き飛ばされた守護者の残骸は液体金属のプールへ没した。また、サイバーダイン社のビルが破壊されたことでジェニシスのサーバーも完全に破壊され、街からは一斉にジェニシスの輝きが消えていく。カイルとサラは爆炎の到達直前に地下施設へ避難し、生き延びていた。守護者を失った悲しみに耐えつつ気丈に振る舞うサラをカイルが慰めようとしていた時、液体金属のプールに没したことでT-1000と同じ能力を得て復活した守護者が扉を破壊して現れ、カイルとサラは再会を喜び合う。
エピローグ
それからしばらく経った後、サラとカイルと守護者は少年時代のカイルの家を訪れていた。カイルは少年時代の自分にかつて転移中に聞いた言葉を伝え、「自分自身への大切な伝言だ」と言い聞かせる。スカイネットを消滅させ、死の運命をも乗り越えたカイルは、不確定な未来の可能性に希望を見出だす。一方、瓦礫の山と化したサイバーダイン社の地下深くに輝く光球と人型の立体映像を映しながら、物語の幕は下りる。
キャスト詳細は「ターミネーターの登場人物」を参照

※括弧内は日本語吹替[3]

おじさん、守護者（Guardian） / T-800 - アーノルド・シュワルツェネッガー（玄田哲章）

ジョン・コナー / T-3000 - ジェイソン・クラーク（小山力也）