Em um futuro próximo, Thomas Anderson (Keanu Reeves), um jovem programador de computador, é atormentado por estranhos pesadelos nos quais encontra-se conectado em um imenso sistema de computadores do futuro. À medida que o sonho se repete, Anderson começa a ter dúvidas sobre a realidade.

Por meio do encontro com os misteriosos Morpheus (Laurence Fishburne) e Trinity (Carrie-Anne Moss), Thomas descobre que é vítima da Matrix, um sistema de inteligência artificial que manipula a mente das pessoas, criando a ilusão de um mundo real enquanto usa os cérebros e corpos dos indivíduos para produzir energia.

Morpheus, entretanto, está convencido de que Thomas é Neo, o aguardado messias capaz de enfrentar a Matrix e conduzir as pessoas de volta à realidade e à liberdade.

Após derrotar as máquinas em seu combate inicial, Neo (Keanu Reeves) ainda vive na Nabuconodosor ao lado de Morpheus (Laurence Fishburne), Trinity (Carrie-Anne Moss) e Link (Harold Perrineau Jr.), o novo tripulante da nave. 

As máquinas estão realizando uma grande ofensiva contra Zion, onde 250 mil máquinas estão escavando rumo à cidade e podem alcançá-la em poucos dias. 

A Nabucodonosor é convocada para retornar a Zion, para participar da reunião que definirá o contra-ataque humano às máquinas. Entretanto, um recado enviado pela Oráculo (Gloria Foster) faz com que a nave parta novamente, levando Neo de volta à matrix. 

Lá ele descobre que precisa encontrar o Chaveiro (Randall Duk Kim), um ser que possui a chave para todos os caminhos da matrix e que é mantido como prisioneiro por Merovingian (Lambert Wilson) e seus programas rebelados.

Após enfrentar os sentinelas no mundo real, Neo (Keanu Reeves) tem sua mente presa em um local que fica entre a Matrix e a realidade, do qual apenas poderá sair com a ajuda do Guarda-Freios (Bruce Spence).

Após perceberem que as ondas cerebrais de Neo são idênticas as de uma pessoa conectada à Matrix, Trinity (Carrie-Anne Moss) e Morpheus (Laurence Fishburne) buscam a ajuda da Oráculo (Mary Alice) e Seraph (Sing Ngai). 

Trinity, Morpheus e Seraph vão em busca de Merovingian (Lambert Wilson), chefe do Guarda-Freios,  que pode libertar Neo. 

Após obterem sucesso no resgate, o trio se divide em duas missões: enquanto Morpheus e a tripulação de duas naves parte rumo a Zion, na tentativa de ajudar no combate contra as máquinas, Neo e Trinity se dirigem à cidadela das máquinas para dar um fim a guerra.

Inspirado pela ação visionária e pela narrativa inovadora da trilogia Matrix, Animatrix  é uma coleção de nove curtas-metragens originais que combina animação CG e anime japonês. O longa ainda revela novos detalhes, incluindo a guerra entre humanos e máquinas que levou à criação de Matrix. 

1 - Vôo Final de Osíris (os eventos deste filme estão diretamente ligados ao filme Matrix Reloaded).

2 e 3 - O Segundo Renascer - Partes I & II (a história da guerra homem/máquina e a criação da Matrix)

4 - Era Uma vez um Garoto (história de Michael K. Popper, que teve participação em Matrix Reloaded e Revolutions)

5 - Coração de Soldado

6 - O Recorde Mundial

7 - Além da Realidade

8 - Uma História de Detetive

9 - O Robô Sensível

Se passando 20 anos após os acontecimentos de de Matrix Revolutions, Neo (Keanu Reeves) vive uma vida aparentemente comum sob sua identidade original de Thomas A. Anderson, em São Francisco, Califórnia.

Thomas trabalha em uma desenvolvedora de jogos mundialmente conhecida por ter criado a trilogia de jogos chamada Matrix. Eventualmente Thomas se questiona sobre a realidade e periodicamente se consulta com um terapeuta que lhe prescreve pílulas azuis para neutralizar as coisas estranhas e não naturais que ele ocasionalmente vislumbra em sua mente. Ele também tem um amor platônico por uma mulher chamada Tiffany (Carrie Anne-Moss), mas ela não o reconhece.

No entanto, quando uma nova versão de Morpheus oferece a ele a pílula vermelha para reabrir sua mente para uma nova versão da Matrix, Neo volta a se juntar a um grupo de rebeldes para lutar contra um novo e mais perigoso inimigo e livrar todos da Matrix novamente.