Прошло десять лет с тех пор, как Джон Коннор помог предотвратить Судный День и спасти человечество от массового уничтожения. Теперь ему 25, Коннор не живет «как все» — у него нет дома, нет кредитных карт, нет сотового телефона и никакой работы.

Его существование нигде не зарегистрировано. Он не может быть прослежен системой Skynet — высокоразвитой сетью машин, которые когда-то попробовали убить его и развязать войну против человечества. Пока из теней будущего не появляется T-X — Терминатрикс, самый сложный киборг-убийца Skynet.

Посланная назад сквозь время, чтобы завершить работу, начатую её предшественником, T-1000, эта машина так же упорна, как прекрасен её человеческий облик. Теперь единственная надежда Коннору выжить — Терминатор, его таинственный прежний убийца. Вместе они должны одержать победу над новыми технологиями T-X и снова предотвратить Судный День…

На момент выхода в кинопрокат «Терминатор 3: Восстание машин» был самым дорогим фильмом с официально подтвержденным бюджетом. Хотя, другие фильмы стоили больше, но их бюджеты не были официально подтверждены.
Изначально предполагалось, что съёмки фильма пройдут в Ванкувере (Канада), но в последний момент было решено снимать фильм в Лос-Анджелесе (США). Одна из причин переноса места съёмок — резко возросшая критика американских кинокомпаний, осуществляющих съёмки за пределами США. Кроме того, в то же самое время началась политическая кампания Арнольда Шварценеггера на пост губернатора Калифорнии. Официальная причина переноса места съёмок — в последний момент освободились производственные мощности на киностудии в Лос-Анджелесе, необходимые для осуществления съёмок данного фильма.
В первых версиях сценария присутствовал Терминатор под именем «Т-1G». Предполагалось, что это будет мужская роль.
Роль Т-Х могла достаться Джоани Лорер, Вину Дизелю, Шакилу О`Нилу, Фамке Янсен, Кэрри Энн-Мосс, Пете Уилсон, Джерри Райан.
Роль Кэйт Брюстер могла исполнить Клэр Форлани.
Кандидатуры Шэйна Уэста, Бена Кёртиса, Криса Клейна рассматривалась на роль Джона Коннора.
После первой недели съёмок Софиа Буш, игравшая Кэйт Брюстер, была заменена на Клэр Дэйнс, т.к. по мнению режиссера, Софиа была слишком молода, для того чтобы играть возлюбленную Джона Коннора.
Джеймс Камерон не принимал никакого участия в создании этого фильма.
Энг Ли мог стать режиссером этого фильма, но он предпочел поставить «Халка» (2003).
Первоначальный слоган фильма — «Война начнется в 2003 году» (The War Begins 2003). Однако от данного слогана пришлось отказаться из-за политической ситуации того времени и начала войны в Ираке.
Компания Toyota Motor предоставила для съёмок семь грузовиков «Toyota Tundra». Все они были разбиты во время съёмок.
Арнольд Шварценеггер отдал $1.4 млн. долларов из своего гонорара на то, чтобы была снята сцена, в которой кран врезается в стеклянное здание. Дело в том, что Джонатан Мостоу не был уверен в целесообразности съёмок этой сцены, т.к. он боялся, что будет превышен первоначальный бюджет, а также съёмки фильма займут куда больший срок, чем предполагалось изначально.
В первом варианте сценария присутствовал персонаж — детектив Вукович (из «Терминатора» (1984), в роли которого должен был вернуться Ланс Хенриксон. Предполагалось, что этот персонаж будет прикован к инвалидному креслу, виной чему послужили события, рассказанные в первом фильме трилогии. В конце концов, создатели фильма отказались от данной идеи.
Специально для роли Т-Х Кристанна Локен набрала 15 фунтов (примерно 6,8 кг) мышечной массы. Также она брала специальные уроки пантомимы, т.к. её персонаж говорит крайне редко, и она должна была научиться общаться с помощью выражения лица и жестов.
В рекламных целях компания Indian Motorcycle предоставила для съёмок фильма восемь мотоциклов «Chief», которые использовались в качестве патрульных мотоциклов.
Кроме Арнольда Шварценеггера, единственный актер, появляющийся во всех трех фильмах, — Эрл Боэн, сыгравший доктора Силберманна.
В данном фильме Арнольд Шварценеггер не произносит своей коронной фразы «Я вернусь» (I`ll be back). Однако в этом фильме он говорит «Она вернется» (She`ll be back) и «Я вернулся» (I`m back).
Известная фраза «Выходи!» (Get out!) используется во всех трех фильмах. В этом фильме также есть схожая фраза: когда Терминатор забирает полицейский мотоцикл, он говрит: «Слезай!» (Get off!).
В данном фильме не произносится известная фраза первых двух фильмов — «Пойдем со мной, если хочешь жить» (Come with me if you want to live). Однако в «Терминаторе 3» есть похожая фраза, сказанная Джоном Кейт: «Хочешь жить? Залезай!» (Do you wanna live? Come on!).
Джеймс Камерон отказался от режиссуры, т.к. по его мнению, история была завершена во втором фильме.
Режиссером фильма мог стать Ридли Скотт, но он предпочел снять «Чёрного ястреба» (2001).
Одно время кандидатура Джона Мактирнана рассматривалась на пост режиссера.
Изначально жениха Кэйт Брюстер звали Скотт Петерсен. Однако из-за судебного процесса над Скоттом Петерсоном, обвиненном в убийстве своей беременной жены, имя жениха Кэйт изменили на Скотт Мэйсон. Но в финальных титрах он указан как Скотт Петерсен.
Кадр, в котором Терминатор садится на мотоцикл, заводит его и затем сворачивает направо, снят под одним и тем же ракурсом во всех трех фильмах.
Человек, кричащий на Джона Коннора, после того как последний врезался в его машину, — Билли Ди Лукас, каскадер-дублер Арнольда Шварценеггера.
Точное время наступления судного дня — 18 часов 18 минут 24 июля 2004 года.
В этом фильме Арнольд Шварценеггер сыграл свою последнюю главную роль в кино (но не свою последнюю роль — позднее он исполнил роли-камео в других фильмах), перед тем как он был выбран на пост губернатора Калифорнии.
Линде Хэмилтон предлагали в третий раз сыграть Сару Коннор, но она отклонила данное предложение.
Первая неделя съёмок была посвящена съёмкам сцены, в которой Терминатор врезается на грузовике в Т-Х. Последний день съёмок — сцена, в которой Т-Х появляется из временного портала.
Во время съёмок сцены, в которой Скотт Мэйсон / Петерсон трансформируется в Т-Х, оба актера в точности воспроизводили движения друг друга. Примечательно, что Марк Фамиглетти, сыгравший Скотта, был вынужден ходить в туфлях на платформе, т.к. Кристанна Локен значительно выше его.
В сцене, в которой Терминатор производит перезагрузку своей системы, для того чтобы избавиться от порчи данных, вызванной вмешательством Т-Х, можно заметить, какие элементы своей системы он перезагружает: дистанционный доступ (Remote Access), звук (Sound), память (Memory), обновление системы (Software Update), QuickTime Player, время и дата (Date and Time), несколько пользователей (Multiple Users), доступ к главной цепи (Keychain Access), определение места положения (Location Manager), устройство, экономящее энергию (Energy Saver), установка прикладных программ (Add Application Program), MP3.com. Все эти элементы, за исключением MP3.com, входят в операционные системы Apple Macintosh, скорее всего в Mac OS 9. Похожая шутка была еще в первом фильме: если во время вида из глаз внимательно присмотреться к командам Терминатора, то можно сделать вывод, что в нем используется микропроцессор Motorola 6502. На момент съёмок «Терминатора» (1984) данный процессор использовался в компьютерах Apple II.
Среди перечисления названий авиабаз, над которыми Скайнет установил контроль, можно заметить «Moron Airfield» и «Batman Air Base». Это реально существующие авиабазы. Первая из них находится в Испании, вторая — в Турции.
Первый вариант сценария существенно отличался от готового фильма. Например, Джон Коннор был успешным программистом, который частично был ответственен за активацию Скайнет. Также в фильм должна была вернуться Сара Коннор. Злой Терминатор мог менять свою форму, а также принимать газообразное состояние.
Из фильма вырезали сцену, в которой объяснялось, почему Терминаторы выглядят как Арнольд. В данной сцене сержант Кэнди, которого сыграл Шварценеггер, говорит о том, что его внешность будет использована для создания Терминаторов. Данную сцену можно найти на DVD-издании фильма.
До начала съёмок Арнольд Шварценеггер качался каждый день на протяжении 6 месяцев. Каждая тренировка продолжалась около трех часов. Когда начались съёмки, Арнольд был в точно такой же физической форме, как при съёмках «Терминатора 2» (1991).
Три модели Т-1, созданные в натуральную величину, были использованы при съёмках сцены в ангаре, в которой мы можем увидеть десятки Т-1. При монтаже их количество размножили с помощью компьютеров.
Теди Сарафьян написал один из ранних вариантов сценария. Если бы фильм снимали по этому сценарию, то бюджет картины составил бы более $ 200 млн., т.к. в сценарии содержалось несколько колоссальных по масштабу сцен: например, сцена, в которой «Боинг» терпит крушение в центре Лос-Анджелеса, и разносит почти половину города. Однако некоторые идеи Сарафьяна были использованы в фильме (Терминатор-женщина, Сара Коннор не появляется в фильме), поэтому он указан в титрах как автор сюжета.
На некоторых кадрах крюк крана не настоящий, а компьютерный.
Монтаж сцены-погони занял шесть месяцев.
Долгое время Арнольд Шварценеггер соглашался играть в фильме, если только режиссером станет Джеймс Камерон. Как известно, Камерон отказывался ставить фильм при любых условиях. В конце концов, Камерон посоветовал Шварценеггеру в третий раз исполнить роль Терминатора, но запросить у студии чертову кучу денег в качестве гонорара. Арни так и сделал — его гонорар составил $ 30 млн.
Во всех трех фильмах определение «я вернусь» означает въезд в здание какого-либо транспортного средства. В первом фильме Терминатор говорит «я вернусь» дежурному офицеру, а затем заезжает на автомобиле в холл полицейского участка. Во втором фильме после слов «я вернусь» Терминатор заезжает на микроавтобусе в здание «Кибердайн Системс». В третьем фильме Терминатор влетает в ангар на вертолете, выходит из него и восклицает: «Я вернулся!».
А. Шварценеггер, спрашивая Клер Дейнс, где Джон Коннор, пообещал что отпустит ее если она скажет, затем он сказал - 'Я солгал...', то же самое он говорит в фильме Командос, когда скидывает парня со скалы.
Кристанна Локен произносит все свои реплики в первые двадцать пять минут фильма.
Незадолго до концовки фильма, на экране компьютерной консоли появляется надпись «Голубой 478» (Blue 478) и Джон говорит: «Дакота 775» (Dakota 775). Данные кодовые номера — ссылки на гнезда для микропроцессоров Intel Pentium 4: Socket 478 и LGA 775.
В фильме Джону Коннору — 23 года, хотя должно быть 19, так как он родился в 1985. Более того, говорится, что атаку второго терминатора он пережил в возрасте 13 лет, в то время как в фильме Кэмерона ему было 10 лет.