"Terminator: Les cròniques de Sarah Connor" explica la història de Sarah Connor (Lena Haedey) quan decideix escometre un enemic en evolució tecnològica constant obstinat en destruir-li la vida i potser fins i tot el món. Al final de "Terminator 2", Sarah acaba amb el Terminator que ha vingut del futur per matar el seu fill de 15 anys, John. Ara ella i John (Thomas Dekker) es troben sols en un món molt perillós i molt complicat. Són fugitius de la justícia i saben que poden ser atacats en qualsevol moment per més enemics del futur i també del present.
L'acció se situa el 1997, després dels fets de la pel·lícula "Terminator 2". Després de destruir el T1000, Sarah i John es troben fugint de la justícia i descobreixen nous enemics tant del present com del futur. Sarah, encara turmentada per les visions de la futura guerra nuclear, deixa d'amagar-se i passa a l'ofensiva contra la tecnologia que busca destruir-la a ella i al món.
El seu fill John Connor, futur líder de la resistència i última esperança de la humanitat en l'apocalíptica guerra contra les màquines, encara no està preparat per assumir aquesta responsabilitat. John se sent atret cap a una companya de l'institut, Cameron, que acabarà sent més que una amiga i molt més del que sembla. Seguint el cas, també apareix involucrat en la trama un agent de l'FBI, James Ellison.