O Exterminador do Futuro começa no anos de 2029, quando uma rede de defesa americana desenvolveu uma inteligência artificial chamada Skynet. No entanto, algo terrível aconteceu: a Skynet perdeu o controle e considerou todos os humanos como uma ameaça.
Ela roubou os códigos de lançamento das bombas químicas dos Estados Unidos e foi direcionada para alvos russos, desencadeando uma guerra nuclear devastadora. Os poucos sobreviventes foram perseguidos por caçadores assassinos conhecidos como Caçadores Assassinos e enviados para campos de extermínio.
No entanto, diante da ameaça iminente, um homem chamado John Connor emergiu como o líder dos humanos em sua luta contra as máquinas. Ensinando táticas de engano e resistência, John conduziu os humanos em uma batalha desigual contra as máquinas.
Enquanto isso, a Skynet, à beira da derrota, envia um ciborgue chamado Cyberdyne 101 (Arnold Schwarzenegger) para assassinar Sarah Connor, mãe de John, antes mesmo do nascimento dele.
Para combater essa ameaça, a resistência capturou um complexo de laboratórios e descobriu o plano da Skynet. Foi então que o tenente Kyle Reese se entusiasmou para viajar ao passado, mais especificamente para o ano de 1984, com o objetivo de proteger Sarah, mesmo sabendo que ficaria preso no passado com o exterminador.
Após chegar ao presente, o exterminador roubou uma loja de armas e, com base nas informações limitadas fornecidas pela Skynet sobre o nome e o local de residência de Sarah Connor em Los Angeles, obteve na lista telefônica por três mulheres com esse nome.
Ele as encontrou e matou duas delas, deixando apenas a verdadeira Sarah Connor. Enquanto isso, Kyle também chegou ao presente e roubou uma espigarda de uma viatura policial.
Numa noite em que Sarah foi a uma boate, o exterminador invadiu sua casa e matou sua colega de quarto, Ginger, e seu namorado. No entanto, o exterminador descobriu a localização de Sarah através de uma mensagem telefônica que ela havia enviado para Ginger.
Usando uma foto da carteira de motorista de Sarah, o exterminador identificou sua aparência. Ele seguiu até a boate e estava prestes a matá-la quando Kyle atirou contra o exterminador, salvando-a. Os dois fugiram do local roubando um carro, e Kyle explicou a Sarah que precisou esperar o ataque do exterminador para poder matá-lo.
Inicialmente, os primeiros robôs infiltrados eram facilmente adaptáveis, pois tinham pele de borracha. No entanto, a Skynet desenvolveu modelos com peles mais realistas e até sangue artificial para torná-los mais humanos, tornando necessário o uso de cães para identificá-los.
Durante a perseguição, o exterminador roubou um carro da polícia e continuou a perseguir Kyle e Sarah, chamando outras viaturas policiais. O confronto terminou quando Kyle fez o exterminador colidir contra uma parede, mas eles foram encurralados pela polícia.
Kyle e Sarah foram levados para a delegacia, enquanto o exterminador conseguiu escapar, pois havia ficado sem munição. Na delegacia, Kyle foi interrogado pelos policiais, mas ninguém acreditou nele e considerei um louco.
Logo em seguida, o exterminador armado invadiu a delegacia em busca de Sarah, desencadeando um tiroteio que resultou na morte de vários policiais.
Aproveitando o caos, Kyle e Sarah conseguiram escapar. Eles se refugiaram em um motel, onde Kyle revelou que sabia que ela era a verdadeira Sarah, pois John havia lhe dado uma foto dela e ele havia se apaixonado por ela, o que o levou a se voluntariar para protegê-la. Nesse momento, eles se entregaram à paixão.
Enquanto isso, o exterminador, usando a agenda de Sarah, descobriu o endereço da mãe dela e a encontra, matando-a.
Por meio de uma ligação telefônica em que o exterminador imitou a voz da mãe de Sarah, ele descobriu o motel em que eles estavam escondidos.
Sarah e Kyle perceberam a chegada do exterminador graças aos latidos de um cachorro no motel. Mais uma vez, eles roubaram um carro e fugiram, enquanto o exterminador os perseguia em uma motocicleta, disparando várias vezes contra eles.
Kyle lançou bombas caseiras contra o exterminador, mas nenhum acertou o alvo, e ele acabou sendo baleado e perdeu a consciência.
Sarah, então, executou uma manobra arriscada que fez o exterminador cair da moto. Em seguida, ele foi atropelado por um caminhão de combustível, enquanto o carro em que Sarah capotou.
Sarah fez com que Kyle recuperasse a consciência, enquanto o exterminador assumia o controle do caminhão. Ele tentou atropelar Sarah e Kyle, que fugiram a pé. Kyle parou e pediu a Sarah que continuasse correndo, acendendo e lançando uma bomba no escapamento do caminhão. A explosão destruiu o caminhão e a parte orgânica do exterminador, mas sua parte robótica continua funcionando.
Eles correram até uma fábrica, onde Kyle usou uma barra de aço para atacar o exterminador, mas não conseguiu causar danos ao robô, que o acerta no rosto e joga para longe.
Quando o exterminador estava prestes a capturá-lo, Kyle acendeu e colocou sua última bomba em uma vértebra do exterminador, causando uma explosão.
Reese morreu na explosão, que destruiu o corpo do robô da cintura para baixo, enquanto alguns estilhaços atingiram as pernas de Sarah, impedindo-a de andar.
No entanto, o exterminador ainda estava ativo. Ele começou a perseguir Sarah, que rastejou até uma prensa. Ao atravessar a prensa, ela fechou as grades, prendendo o exterminador.
Ele a derrotou pelo pescoço e tentou estrangulá-la, mas ela conseguiu apertar o botão e acionar a prensa, finalmente derrotando o exterminador.
O filme termina com Sarah, que havia sido engravidada por Kyle, no México, gravando uma fita para John, pedindo-lhe para enviar Reese para o passado, pois ele é seu pai e sua ausência impediria sua própria existência.
Enquanto isso, um menino vende uma foto de Sarah por 4 dólares. Essa foto será dada a seu filho e, no futuro, será entregue por John a Kyle, iniciando assim o ciclo de paixão entre eles.
