不久的将来，网络黑客尼奥对这个看似正常的现实世界产生了怀疑。他结识了黑客崔妮蒂，并见到了黑客组织的首领墨菲斯。墨菲斯告诉他，现实世界其实是由一个名叫“母体”的计算机人工智能系统控制，人们就像他们饲养的动物，没有自由和思想，而尼奥就是能够拯救人类的救世主。可是，救赎之路从来都不会一帆风顺，到底哪里才是真实的世界？如何才能打败那些超人一样的特勤？尼奥是不是人类的希望？这是黑客的帝国，程序和代码欢迎大家的到来。

故事发生在2045年，虚拟现实技术已经渗透到了人类生活的每一个角落。詹姆斯哈利迪（马克·里朗斯 Mark Rylance 饰）一手建造了名为“绿洲”的虚拟现实游戏世界，临终前，他宣布自己在游戏中设置了一个彩蛋，找到这枚彩蛋的人即可成为绿洲的继承人。要找到这枚彩蛋，必须先获得三把钥匙，而寻找钥匙的线索就隐藏在詹姆斯的过往之中。
韦德（泰尔·谢里丹 Tye Sheridan 饰）、艾奇（丽娜·维特 Lena Waithe 饰）、大东（森崎温 饰）和修（赵家正 饰）是游戏中的好友，和之后遇见的阿尔忒弥斯（奥利维亚·库克 Olivia Cooke 饰）一起，五人踏上了寻找彩蛋的征程。他们所要对抗的，是名为诺兰索伦托（本·门德尔森 Ben Mendelsohn 饰）的大资本家。

故事发生在遥远的26世纪，外科医生依德（克里斯托弗·瓦尔兹 Christoph Waltz 饰）在垃圾场里捡到了只剩下头部的机械少女将她带回家中，给她装上了本来为自己已故的女儿所准备的义体，并取名阿丽塔（罗莎·萨拉扎尔 Rosa Salazar 饰）。苏醒后的阿丽塔对这个五彩斑斓但却暴力而又残酷的世界产生了浓厚的兴趣，在结识了青年雨果（基恩·约翰逊 Keean Johnson 饰）后，阿丽塔开始接触名为机动球的运动，并在比赛中展现出了惊人的格斗天赋。
在废铁城居民们的头顶，漂浮着巨大的浮空城市撒冷，废铁城居民们的一切劳作和付出，都是为了给撒冷提供继续运作的燃料。在大财阀维克特（马赫沙拉·阿里 Mahershala Ali 饰）所设立的机动球比赛中，最终获得冠军的人能够获得前往撒冷生活的资格，阿丽塔决定利用自己的格斗天赋参加比赛，却被卷入了一个巨大的阴谋之中。

上一部结尾，尼奥（基奴李维斯 饰）终于意识到自己的能力和使命，中弹复活后，变成了无所不能的“救世主”，他和女友崔妮蒂（凯莉·安·摩丝 饰），舰长墨菲斯（劳伦斯·菲什伯恩 饰）回到了人类的基地锡安，受到人们的热烈欢迎。
此时，“母体”决定先下手为强，派出了两万五千只电子乌贼攻击锡安基地；墨菲斯、尼奥和崔妮蒂则再次进入“母体”，寻找“制钥者”，准备从内部破坏；而本该被尼奥消灭的特勤史密斯似乎出了点问题，脱离了“母体”的控制，拥有可怕的复制能力，阻碍尼奥他们的行动。

第二集中，尼奥（基努·里维斯 Keanu Reeves 饰）没有能从内部摧毁“母体”，他的身体在真实世界的飞船上陷于昏迷，思想却被困在介于“母体”和真实世界的中间地带，这个地方由“火车人”控制。墨菲斯（劳伦斯·菲什伯恩 Laurence Fishburne 饰）和崔妮蒂（凯瑞-安·莫斯 Carrie-Anne Moss 饰）等人知道了尼奥的情况，在守护天使的带领下， 找到了“火车人”的控制者梅罗纹奇，经过一番激斗，将尼奥救了出来。
此时，电子乌贼部队对锡安发起了猛烈的攻击，人类组织所有机甲战士展开顽强的抵抗，形势危在旦夕；尼奥和崔妮蒂驾驶了一艘飞船克服重重困难，到达机器城市，尼奥终于见到了机器世界的统治者“机器大帝”，双方谈判并达成了协议：尼奥除掉不受“母体”控制的史密斯，以换取锡安的和平。
在“母体”中，尼奥和史密斯展开了关系人类生死存亡的最后决斗。

《黑客帝国动画版》由9段以《黑客帝国》系列电影世界观为基础生发出的短片组成，各篇的角度与风格各异，制作班底汇聚了日本、美国、韩国三地的动画精英。《机器复兴》讲述了MATRIX的历史。机器人不堪人类恶劣对待，终于反抗并将人类化为能源。《少年故事》讲述一名少年突然收到来自网络的召唤，而大批黑衣人开始对他展开围捕。《虚拟程序》展示了一对男女在虚拟训练程序中的片断。《世界纪录》描写一位短跑运动员在接近突破人类极限时终被系统牢牢控制。《超越极限》叙述因为系统错误，平静的街区中出现了一片超常区域。《侦探故事》描写一位侦探被步步引领着试图摆脱系统的桎梏。《矩阵化》讲述一只机器人被人类捕获并驯化的故事。《终极战役》记录了一艘飞船毁灭的经过。

2157年，人类文明得到全面跃升，战争、饥饿、贫穷早已不复存在，自然界再次复兴，人类的潜能得到极大开发，并且开始向天外星系延伸。22岁的青年马克西姆·卡梅尔（瓦西里·史特帕诺夫 Vasiliy Stepanov 饰）正独自驾驶飞船进行宇宙旅行，却突然遭到陨石碰撞，继而坠落在一个偏远的殖民星球萨拉什上。由于飞船迫降后完全坠毁，马克西姆只得独自踏上旅程，寻求帮助。萨拉什荒凉破败，杳无人烟，其文明与地球相比似乎也落后了好几个世纪，专政是这颗星球的主导。对从小养尊处优的马克西姆来说，这里的一切都如此新奇，而他也不知不觉扮演了革命者的角色……
本片根据Arkadi Strugatsky和Boris Strugatsky的科幻小说改编。

2157年，22岁的青年马克西姆·卡梅尔（瓦西里·史特帕诺夫 Vasiliy Stepanov 饰）在作星际旅行时，意外坠毁在荒凉原始的萨拉什星球。被称为无名先祖的统治者利用发射塔放出的射线削弱子民的意志，但仍有部分人奋起反抗。与此同时，国与国之间的战争也一触即发。马克西姆凭借卓越的潜能和战斗力引起野心家们的关注，但他却最终站在反叛者的阵营里，决心破坏发射塔。在旅途中，马克西姆遇见一个20年前来到萨拉什的地球人，也正是他建立了所谓绝对服从的和平体制。似乎命运的安排，马克西姆如今将彻底打破旧有的体制，解放蓝蛇河的民众。他的冒险仍在继续……
本片根据Arkadi Strugatsky和Boris Strugatsky的科幻小说改编，系“人烟之岛三部曲”第二部。