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.
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.
Dr. Evil (Mike Myers) kasutab enda leiutatud "Ajamasinat" ning rändab tagasi aastasse 1969. Just sel aastal külmutati nii ta ise kui ka Austin Powers (ka Myers). Ajas rändamise eesmärgiks on varastada Powersile elutähtis Mojo, ilma milleta pole salaagendi elu enam sama. Kui Powers on teelt kõrvaldatud, ei segaks enam miski maailma vallutamast.