为军方研究生化武器的安布雷拉公司在浣熊市地下设有巨大的研究中心——蜂巢，由于一次意外事故导致可通过空气传播的生化武器泄露，负责蜂巢安保的电脑系统“红色女王”启动应急措施，却导致数百名工作人员罹难……四小时后，蜂巢安保人员爱丽丝（米拉·乔沃维奇 饰）在蜂巢出口醒来，并且因为催眠气体而失忆。一支受命关闭红色女王的特种小队来到此处，与爱丽丝、自称警察的安德森，以及蜂巢工作人员帕克斯组队深入地下。一行人因任务目标与红色女王冲突而先后遭遇保卫系统和丧尸的连番袭击，而爱丽丝渐渐恢复的记忆揭示了她与同行者非同一般的联系……

T病毒在蜂巢中肆虐并很快打破了地面上浣熊市的平静，丧尸开始在人群中出现，安布雷拉公司将整个城市封锁，计划使用核武器摧毁城市以掩盖病毒外泄的事实。被安布雷拉注射T病毒使身体能力远超常人的爱丽丝（米拉·乔沃维奇 饰）由昏睡中醒来，她在混乱的浣熊市与防卫队员瓦伦汀（西耶娜·盖尔利 饰）、记者泰莉等人组成队伍，试图找到脱身之法。另一方面，安布雷拉公司的科学家艾肯佛博士为搭救被公司抛弃在城中的女儿安琪拉，以提供逃生方式为代价请求爱丽丝和防卫人员卡洛斯（奥德·菲尔 饰）两组人马帮助。而安布雷拉公司派出了由环保分子麦特所改造成的“复仇邪神”阻止这一切……

爱丽丝（米拉·乔沃维奇 饰）被保护伞公司实验室复制，成了伊萨克博士（伊恩·格雷 饰）的研究标本。因为她体内的DNA可以对抗T-病毒，所以博士以此来提升僵尸的杀伤力。爱丽丝接到了人类的求救信号，但却中了奸计，几经拼杀，方才自救。她如释重负，然而在睡梦中，她却强烈地感受体内强大力量的召唤，显然保护伞公司实验室对她做了手脚。而且，伊萨克博士还给僵尸注入了人类血液，激活其人类的心智。僵尸变得更强大，根本无法被控制，他们残忍地杀害了实验室助手，被训练对付爱丽丝。3年后，地球成了不毛之地。内华达州的幸存者结成了同盟，爱丽丝也在其中，但是她不敢表露身份，因为实验室给了她超能力，同时也让她被迫做了间谍。爱丽丝被孤立，只有卡洛斯懂得她的苦衷，二人也因此陷入了暧昧之中……

爱丽丝（米拉·乔沃维奇 饰）重回在东京，向安布雷拉公司复仇。后者潜藏在地球的底部，威斯克（肖恩·罗伯茨 饰）执行着自以为是的安全技术标准。爱丽丝闯入了禁区，直捣黄龙。而威斯克竟然不惜毁灭城市做困兽斗。最终，当他驾驶着直升机逃离时，却被爱丽丝胁迫，情急之下，他向爱丽丝身上注入了具有对T细胞的免疫病毒，令她丧失了超能力，只能驾机飞翔荒无人烟的阿拉斯加。地球上已经177天没有生命迹象。然而，爱丽丝却意外发现了克莱尔（艾丽·拉特 饰）。她们循着阿卡迪亚信号，回到了地狱之城，满眼的僵尸令人触目惊心。迎接她们的是同样听到信号的幸存者。在神秘犯人克里斯（文特沃斯·米勒 饰）的帮助下，她们向阿卡迪亚之船进发……

爱丽丝（米拉·乔沃维奇 Milla Jovovich 饰）救出了被冷冻的同伴们，众人在离开之际却被赶来的雇佣兵赶尽杀绝。T病毒的肆虐使红后的程序发生了错误，变得残暴嗜血的她想要杀死最后的人类毁灭地球。唯一能够阻止红后的只有爱丽丝一人。而此刻，失去了能力的爱丽丝却被保护伞公司囚禁在位于海底的秘密基地中。威斯克（肖恩·罗伯茨 Shawn Roberts 饰）通过病毒侵入了保护伞公司的系统，他放走了爱丽丝并告诉她，她是人类最后的希望，而为了拯救人类，他们必须冰释前嫌共同抵抗更强大的敌人。爱丽丝遇见了保护伞公司的前员工艾达王（李冰冰 饰），两人一路上奋勇杀敌结下了深厚的友谊。同时，爱丽丝旧日的战友们也组成了一个小分队，从外向内进行突围。保护伞公司在海底建造了逼真的模拟城市，并使用克隆人作为T病毒的实验对象，为了抵达出口，爱丽丝一行人必须穿越东京、纽约、华盛顿和莫斯科四座城市，而每座城市中，都有属于它的丧尸们在蠢蠢欲动……

爱丽丝在华盛顿特区被威斯克背叛后身陷险境，人类几乎要失去最后的希望。作为唯一的幸存者，也是人类对抗僵尸大军的最后防线，爱丽丝必须回到噩梦开始的地方——浣熊市，才能完成拯救世界救赎人类的正义使命。回归故事发生的起点浣熊市，爱丽丝将和昔日的朋友一起对抗僵尸和最新变种怪物，与保护伞公司展开一场惊心动魄的终极决战。