ในโลกที่มนุษย์ถูกควบคุมโดยเครื่องจักร เนโอต้องเผชิญหน้ากับชะตากรรมสุดท้ายของเขาเมื่อกองทัพเซนทิเนลบุกโจมตีไซออน เมืองสุดท้ายของมนุษย์ ขณะเดียวกันเขาต้องต่อสู้กับสมิธที่กลายเป็นไวรัสร้ายแรงและคุกคามทั้งโลกจริงและโลกเมทริกซ์ การตัดสินใจครั้งสำคัญของเนโอจะกำหนดอนาคตของมนุษยชาติและความสมดุลระหว่างสองโลก