La guerre dévastatrice entre les hommes et les Machines atteint son paroxysme : les soldats de Zion, secondés par de courageux civils qui se sont portés volontaires comme Zee et le Kid, combattent vaillamment pour empêcher les Sentinelles, envoyées par les Machines, de pénétrer à l'intérieur de Zion. Face au risque d'un anéantissement total, les citoyens de cette dernière enclave humaine ne se battent pas seulement pour leur propre vie, mais pour assurer la survie de l'humanité.

Mais c'est des propres rangs de la Résistance que vient désormais le danger car le machiavélique Agent Smith est parvenu à prendre possession de l'esprit de Bane, l'un des membres de l'équipage de l'aéroglisseur. De plus en plus puissant, Smith est désormais incontrôlable et n'obéit même plus aux Machines : il menace de détruire leur empire, ainsi que le monde réel et la Matrice. L'Oracle offre à Neo ses ultimes conseils – qu'il accepte tout en étant conscient qu'elle n'est elle-même qu'un programme informatique et que ses paroles ne sont peut-être qu'un artifice de plus dans le grand dessein de la Matrice.

Avec l'aide de Niobe, Neo et Trinity décident de s'embarquer pour un voyage qui les mène plus loin qu'aucun humain ne s'est jamais aventuré – un voyage semé d'embûches à la surface d'une Terre dévastée qui les conduit jusqu'au coeur de la redoutable Ville des Machines. Dans cette métropole tentaculaire, Neo se retrouve face-à-face avec le Pouvoir suprême du Monde des Machines – le Deus Ex Machina – avec qui il conclut un marché, ultime espoir d'un monde en pleine agonie.

La guerre prendra fin ce soir et le destin de Neo et de deux civilisations tout entières ne dépend désormais plus que de l'issue de la confrontation apocalyptique entre Neo et Smith.