On olemas kaks reaalsust: see, milles me päevast päeva elame, ja teine, mis asub selle taga. Neo otsib tõde Matrixi kohta, millest ta on kuulnud vaid arglikke sosinaid ja kuulujutte. See on midagi salapärast ja ohtlikku ning Neo on kindel, et see kontrollib kõigi inimeste elusid. Ta usub, et Morpheus, keda peetakse kõige ohtlikumaks meheks maailmas, on just see, kes suudaks anda vastuse küsimusele: mis on Matrix?

On 2019. aasta Los Angeles - kahvatu neoonvalgustatud, ülerahvastatud tänavatega linn, kus pidevalt sajab happevihma. Detektiiv Rick Deckard peab tabama ja hävitama 4 replikanti, tehislikult loodud inimest, kes põgenesid maavälisest kolooniast, kaaperdades laeva, et tulla maa peale oma loojat otsima.

Masinad palaanivad rünnata Zeoni, ainukest linna, kus on veel inimesi. Matrixisse ilmub tagasi eelmises osas hävitatud programm Smith (Hugo Weaving), mis on leidnud võimaluse ennast paljundada.

Uue aastatuhande saabumist tähistavad pidustused on 1999. aasta Los Angeleses hoogu kogumas ning selles ümberringi valitsevas segaduses ja kaoses tegutseb endine politseinik Lenny Nero, kelle praeguseks sissetulekuallikaks on äritsemine diskettidega, millele on talletatud inimeste mälestused ja emotsioonid. Kui ühel päeval satub tema valdusesse diskett, kuhu on salvestatud ühe prostituudi jõhker mõrv, kistakse asja vastu huvi tundma hakanud Nero kiiresti LA kuritegelikku maailma, kus mees peatselt leiab, et tema elu ripub juuksekarva otsas.

Masinad jõuavad viimaks Zeoni. Algab lahing maa saatuse üle. Samal ajal on programm Smith (Hugo Weaving) Matrixi hävingu äärele viinud. Neo (Keanu Reeves) läheb masinate linna, et seal masinatele ettepanek teha: Tema hävitab Programm Smithi, kui masinad nõustuvad inimestega rahu tegema.