Với thành công vang dội của 2 phần đầu, rõ ràng các nhà làm phim đến từ Hollywood rất nóng lòng trong việc thực hiện Kẻ Hủy Diệt 3, tuy nhiên phải tới 12 năm sau phần 2 thì Kẻ Hủy Diệt 3: Người Máy Nổi Loạn mới được phát hành.
Bối cảnh của phim được lấy vào khoảng thời gian hơn 10 năm sau phần 2, John Connor giờ chỉ tồn tại như một kẻ trôi dạt, sống “ngoài lưới điện”, vì vậy không còn Kẻ hủy diệt nào trong tương lai có thể săn lùng anh ta. Thật không may, SkyNet lại gửi một chiếc khác trở lại và chiếc này được gọi là T-X, thậm chí còn mạnh mẽ và tiên tiến hơn chiếc T-1000 đáng sợ trước kia. Tuy nhiên, một CSM-101 Terminator khác cũng được gửi lại để bảo vệ John chống lại T-X. Giờ đây, Skynet đang kiên nhẫn đảm nhận quyền kiểm soát các hệ thống máy tính dân dụng, dưới vỏ bọc của một loại virus máy tính.
Trong khi đó, John cũng đã gặp người vợ tương lai của mình, Kate Brewster, người có cha vốn là một Tướng Không quân Hoa Kỳ chuyên phụ trách hệ thống máy tính quân sự và rất nhanh chóng liên kết SkyNet. Tuy nhiên, khi vi rút SkyNet lây nhiễm vào các máy tính quân sự của Hoa Kỳ và khiến đất nước này mở rộng để tấn công, các cỗ máy bắt đầu tiếp quản khủng khiếp của chúng. Một cuộc chiến tranh hạt nhân sẽ sớm xảy ra và cuộc chiến chống lại máy móc sẽ bắt đầu. Liệu Kẻ hủy diệt CSM-101 đã lỗi thời có thể loại bỏ T-X tối tân hay một tương lai đen tối hơn đang chờ đợi con người sau cuộc tấn công hạt nhân?
Trước khi Kẻ Hủy Diệt 3: Người Máy Nổi Loạn được ra mắt, từ lâu các hãng phim đã muốn làm phần 3 này, nhưng nhiều lần Arnold Schwarzenegger đã từ chối làm điều đó nếu như James Cameron không đảm nhiệm vai trò đạo diễn. Thời điểm này, tình bạn của anh với đạo diễn Cameron rất tốt nên việc nhà sản xuất loại bỏ Camaron đã khiến Arnold không hài lòng. Cameron cuối cuối cùng đã nói với bạn của mình rằng “hãy chấp nhận nó và đưa ra những con số khổng lồ”. Cuối cùng đã có một bản hợp đồng dài tới 33 trang với đủ các “yêu cầu đặc quyền” đến từ nam chính, bên cạnh việc anh ta nhận được catse lên tới 29,25 triệu USD – con số kỷ lục vào thời điểm đó.
Tuy nhiên, khi đã làm việc, Arnold Schwarzenegger cho thấy sự chuyên nghiệp của mình, anh đã tập luyện trong sáu tháng, khoảng ba giờ mỗi ngày, trước khi bắt đầu quay, lúc đó anh cho biết mình có số đo cơ thể và trọng lượng cơ thể chính xác như 12 năm trước khi quay Kẻ hủy Diệt 2 năm 1991.
Nam diễn viên Edward Furlong ban đầu được cho là sẽ đóng lại vai John Connor. Tuy nhiên, vào tháng 12 năm 2001, có thông tin cho rằng anh đã bị loại khỏi bộ phim vì lý do lạm dụng chất kích thích. Anh ấy được thay thế bởi Nick Stahl không lâu trước khi bộ phim bắt đầu vào tháng 4 năm 2002.