恢复平常生活的前任杀手约翰意外的遇见了一位老朋友，这一次他来到了罗马。

停靠在路边的汽车内，黄毛小子瑞恩（飞·武 Phi Vu 饰）被其他汽车的喇叭惊醒，他昏头昏脑走下来，一路晃进校园，进了实验室。由于正在研究的装置耗能巨大，学院院长气急败坏责令瑞恩停掉在研项目。糟糕的事不止于此，事后不久他就被一个带着面具的家伙给杀掉了。然而，他再度醒来， 发现自己还躺在车里，而接下来发生的一切都和“梦境”中的一样。瑞恩惶恐不安，找到了好基友卡特·戴维斯（伊瑟尔·布罗萨德 Israel Broussard 饰）及其女友泰莉·格尔布曼（杰西卡·罗德 Jessica Rothe 饰）。
这种生死轮回对于泰莉再熟悉不过了，她首先跟瑞恩讲述自己的经历，随后告诉他想终止轮回的方法只有找到凶手。而接下来，他们不仅发现瑞恩那台装置似乎是造成轮回的一个成因，而且泰莉再次回到了那个可怕的早晨……

故事发生在大断电30年后。复制人K（瑞恩·高斯林 Ryan Gosling 饰）是新一代的银翼杀手，在如今的世界里，人类和复制人之间的界限划分的更加明确，复制人从刚一制造出来就被灌输了服务于人类的思想，绝对不被允许产生人类的感情。
某日，一具女性复制人的遗骨被挖掘了出来 ，令陆军中尉乔什（罗宾·怀特 Robin Wright 饰）感到震惊的是，这名女性复制人生前不仅怀过孕，还将孩子生了下来，这个孩子的存在将会彻底破坏政府苦心经营的规则和秩序。乔什命令K找出这个孩子，并将他杀死。在一间废弃的农场里，K发现了一些线索，然而，这些线索竟然和他被植入的过去的记忆有着千丝万缕的关联。与此同时，复制人尼安德（杰瑞德·莱托 Jared Leto 饰）和他的手下拉芙（西尔维娅·侯克斯 Sylvia Hoeks 饰）也在寻找着这个孩子的下落。

伊森·亨特（汤姆·克鲁斯饰）和队友们接到了追回三个大杀伤性核武器的任务。眼见任务马上就能完成，但为了挽救其中一位队友卢瑟（文·瑞姆斯饰）的生命，三个核武器被人趁机带走。中情局负责人斯隆女士（安吉拉·贝塞特饰）调来她手下的得意猛将沃克（亨利·卡维尔饰），让他盯着伊森·亨特完成追回核武器的任务。期间，女特工伊尔莎（丽贝卡·弗格森饰）突然出现，伊森·亨特发现，他要面对的并不只是恐怖分子，还有潜藏在政府部门的内鬼。