在矩阵中生活的年轻的网络黑客尼奥发现，看似正常的现实世界实际上被某种力量控制着，尼奥便在网络上调查此事。

而在现实中生活的人类反抗组织的船长墨菲斯，也一直在矩阵中寻找传说的救世主，就这样在人类反抗组织成员崔妮蒂指引下，两人见面了。

尼奥也在墨菲斯的指引下，回到了真正的现实中，逃离了矩阵，这才了解到，原来他一直活在虚拟世界当中。

尼奥为了探寻自己的使命和背后的真相，他要为自己的行动寻找一个可以接受的理由。

在打败史密斯、救出墨菲斯之后，尼奥随同亲密爱人崔妮蒂和其他战友一起，乘坐nebuchadnezzar号飞船返回地球上最后一个人类据点——锡安基地。

在那里，他们和其他自由战士们聚集到了一起。就在这时，母体系统决定“先下手为强”，派遣了为数250000的电子乌贼大军，开始进攻锡安基地。

微弱的基地防守力量根本不足以对抗如此强大的机甲兵团，看来人类最后的香火也岌岌可危。可是，“母体取经”的道路注定是凶险多端的。

在寻找母体系统内唯一知道系统弱点的“制钥者”的过程中，尼奥、墨菲斯和崔妮蒂遇到了前所未有的困难

面对如潮的电子乌贼，人类城市危在旦夕，墨菲斯和崔妮蒂等欲与入侵者决一死战。

此时，“救世主”尼奥的身体和思想却意外分离，后者再度陷入到“母体”中。墨菲斯和崔妮蒂也不得不回到“母体”和守护天使一起寻找他。

最后，在和机器的谈判中，机器答应为了人类和机器的共同利益，尼奥去消灭史密斯，而机器不再摧毁锡安。人类迎来新的和平。