Neo, der Held des ersten Teils, erwacht aus einem Traum. Er hat geträumt, dass seine Geliebte Trinity von einem Agenten erschossen wird, während sie aus einem Gebäude in der Matrix fällt, der virtuellen Scheinwelt, die intelligente Maschinen geschaffen haben, um den Geist der meisten Menschen zu versklaven. Neo behält den Traum für sich. Morpheus, Kapitän des Hovercraft Nebukadnezar, steuert derweil sein Schiff auf eine Sendeposition, um sich innerhalb der Matrix mit anderen Kapitänen zu treffen. Gegenstand des Treffens ist ein Angriff der Maschinen auf Zion. Dies ist die letzte von Menschen bewohnte Stadt in der realen Welt. Die Maschinen bohren Tunnel von der Erdoberfläche in Richtung Zion, das sich tief im Erdinneren befindet. Eine Armee von 250.000 Kampfrobotern, den Wächtern, wird voraussichtlich in 72 Stunden Zion erreichen.
Angesichts des befürchteten Angriffs hatte der Kommandeur der Verteidigung von Zion, Commander Lock, angeordnet, dass alle Hovercrafts umgehend nach Zion zurückkehren müssen. Morpheus kann die Anwesenden aber davon überzeugen, dem Befehl nicht Folge zu leisten. Ein Schiff soll auf einer Sendeposition zurückgelassen werden, damit das Orakel in der Matrix mit ihnen Kontakt aufnehmen kann. Kapitän Ballard bleibt mit seinem Schiff Caduceus zurück. Währenddessen taucht ein Unbekannter vor der Tür der Versammlung auf und gibt ein Headset, wie es die Agenten nutzen, für Neo ab. Der Unbekannte erwähnt, dass Neo ihn befreit habe. Neo weiß damit, dass es sich um Agent Smith gehandelt haben muss, den er am Ende des ersten Teils scheinbar vernichtet hatte. Kurz darauf tauchen drei Matrix-Agenten auf, die Neo besiegen kann. Nachdem Neo verschwunden ist, tauchen zwei weitere, identisch aussehende Smith-Agenten auf, die die anderen Agenten ebenfalls in Smith-Agenten verwandeln: Das durch Neo beschädigte Programm Smith ist zu einem Computervirus geworden, der sich rasch in der Matrix ausbreitet.
Zurück in Zion, muss sich Morpheus bei Commander Lock dafür rechtfertigen, ein Hovercraft zurückgelassen zu haben. Der Senat von Zion verzichtet jedoch auf eine Bestrafung von Morpheus. Im Gegenteil, Morpheus darf sogar im Tempel von Zion eine leidenschaftliche Rede halten, um die Bewohner Zions auf den bevorstehenden Kampf gegen die Wächter einzustimmen. Als Kapitän Ballard wenig später den Kontaktwunsch des Orakels tatsächlich meldet, läuft Morpheus mit der Nebukadnezar erneut zu einer Sendeposition aus.
Wieder in der Matrix trifft sich Neo in einem Hinterhof mit dem Orakel, nachdem der Beschützer des Orakels, Seraph, Neo zuvor einer Kampfprüfung unterzogen hat, um sicher zu gehen, dass es sich bei ihm um den Auserwählten handelt. Das Orakel bestätigt, dass es selbst kein Mensch sei, sondern ein Programm der Matrix. Das Orakel erklärt Neo, dass er Zion retten könne, wenn er die Quelle, den Zentralcomputer der Maschinen, erreicht. Um dorthin zu gelangen, muss er den Schlüsselmacher finden. Dieser könne Schlüssel für geheime Hintertüren in der Matrix anfertigen und auch die Tür zum Zentralcomputer öffnen. Der Schlüsselmacher werde jedoch von einem Programm, dem Merowinger, gefangen gehalten. Das Orakel gibt Neo einen Tipp, wie er den Merowinger treffen kann.
Neo bleibt auf dem Hinterhof zurück, auf dem nun Smith auftaucht. Dieser erklärt Neo, er sei kein „Agent des Systems“ mehr, sondern frei. Diese Veränderung sei eine Folge des letzten Kampfes mit Neo, an dessen Ende Neo Agent Smith von innen her sprengte - und so versehentlich einen Teil von Smith „überschrieben“ habe (siehe Ende von Matrix). Es gelingt Neo, sich gegen acht identische Smiths zu verteidigen. Als ein maschinenhöriger Agent auf der Suche nach Smith erscheint, wird der Agent von Smith zu einer Smith-Kopie umgeformt. Im sich anschließenden Kampf gegen zahllose identische Smiths muss Neo schließlich einsehen, dass dieser Kampf nicht zu gewinnen ist, und flieht. Er ahnt nicht, dass eine Kopie von Smith inzwischen vom Geist eines der Widerstandskämpfer, Bane, Besitz ergriffen hat und auf diese Weise die Matrix verlassen konnte.
Da die Nebukadnezar sich längere Zeit nicht in Zion gemeldet hat, schickt der Senat von Zion zwei Schiffe aus, um das Hovercraft von Morpheus aufzuspüren. Eines der ausgesandten Schiffe steht unter dem Kommando von Morpheus’ ehemaliger Gefährtin Niobe.
Morpheus, Trinity und Neo treffen den Merowinger und seine Frau Persephone in einem luxuriösen Restaurant in einer Stadt der Matrix. Nach einem erfolglosen Gespräch verlassen sie das Restaurant wieder, werden aber von Persephone abgefangen. Persephone verspricht, den Schlüsselmacher im Tausch gegen einen leidenschaftlichen Kuss von Neo zu übergeben. Trinity lässt den Kuss widerwillig zu. Persephone hält Wort; die drei können den Schlüsselmacher befreien, müssen sich aber den Gehilfen des Merowingers zum Kampf stellen.
Während Neo den Großteil der Gehilfen ausschaltet, werden Morpheus, Trinity und der Schlüsselmacher von einem Paar Kämpfer-Zwillinge des Merowingers verfolgt. Als Neo versucht, dem fliehenden Merowinger durch eine Tür zu folgen, steht er plötzlich hunderte Meilen entfernt. Morpheus, Trinity und der Schlüsselmacher werden zwischenzeitlich von der Polizei, den Zwillingen und diversen Agenten auf dem Highway der Stadt gejagt. Auf der Suche nach einem Ausgang aus der Matrix erhält Morpheus Hilfe von der inzwischen eingetroffenen Niobe. Morpheus und der Schlüsselmacher werden schließlich in letzter Sekunde vom heran fliegenden Neo gerettet.
Wieder in Sicherheit erläutert der Schlüsselmacher den Kapitänen der drei Hovercrafts, wie Neo zum Zentralcomputer gelangen kann. Dieser befinde sich in einer geheimen Etage eines streng gesicherten Hochhauses. Durch die Sprengung des lokalen Elektrizitätswerks und Abschalten des Notfallprogramms des Elektrizitätswerks bestehe für kurze Zeit die Möglichkeit, die geheime Etage und dann die Tür zur Quelle zu erreichen.
Neo hat aufgrund seines Traums Angst um Trinity und bittet sie, bei der kommenden Mission die Matrix nicht zu betreten. Trinity willigt ein. Die Mannschaft eines der drei Hovercrafts wird durch einen Wächterangriff getötet und die Mission droht zu scheitern. Trinity entschließt sich, doch in die Geschehnisse in der Matrix einzugreifen. Währenddessen taucht im Bereich der Hintertüren Smith mit seinen zahlreichen Kopien auf. Sie versuchen, Neo, Morpheus und den Schlüsselmacher aufzuhalten. Trinity gelingt es, das Notfallprogramm genau in dem Moment zu unterbrechen, in dem der Schlüsselmacher die Tür zur geheimen Etage öffnet. Der Schlüsselmacher kann zusammen mit Neo und Morpheus die Tür zur geheimen Etage unter dem Kugelhagel der Smiths durchschreiten; der Schlüsselmacher wird dabei tödlich verwundet.
Während Trinity mit einem auftauchenden Agenten ringt, gelangt Neo zum „Architekten“ der Matrix. Der Architekt klärt Neo darüber auf, dass es vor dieser Matrix schon fünf andere gegeben habe. In allen habe es einen Auserwählten wie ihn gegeben; sein Auftreten sei also in Wahrheit Teil des Programms, um auf diese Weise regelmäßig die renitenten Menschen herauszufiltern, die dann ebenso regelmäßig in der realen Welt vernichtet würden. Neo habe nun genau zwei Möglichkeiten: Entweder er rette Trinity und töte damit faktisch alle Menschen in der Matrix, oder er folge seiner eigentlichen Aufgabe – wie es bereits fünf andere zuvor taten. Die Aufgabe bestehe darin, zur Quelle zurückzukehren, um das Betriebssystem der Matrix neu zu starten. Neo dürfe dann 23 Menschen aus der Matrix für den mittlerweile sechsten Neuaufbau von Zion auswählen. Neo entscheidet sich für Trinity, die aber bereits von einer Kugel getroffen wurde. Sie stirbt in seinen Armen. Neo entfernt die Kugel aus ihrem Körper und erweckt sie wieder zum Leben.
Zurück auf der Nebukadnezar ist Morpheus verzweifelt, weil der Angriff der Maschinen auf Zion trotz der erfolgreichen Mission weiter geht, er aber ein Ende des Kampfes erwartet hatte. Neo konfrontiert Morpheus damit, dass es nie Aufgabe des Auserwählten war, den Krieg gegen die Maschinen siegreich zu beenden, sondern dass alles von den Maschinen geplant worden war.
„Ich habe einen Traum geträumt, aber nun hat mich dieser Traum verlassen.“
– Morpheus
Kurz darauf wird die Nebukadnezar von Wächtern angegriffen. Die Besatzung kann das Schiff verlassen, bevor es zerstört wird. Die Wächter versuchen, die fliehenden Besatzungsmitglieder zu töten. Neo stellt sich den Wächtern entgegen. Es gelingt ihm durch Anspannung seiner Geisteskräfte, die Wächter außer Gefecht zu setzen. Dies war ihm bisher nur in der virtuellen Welt der Matrix gelungen. Bei dieser Aktion verausgabt sich Neo allerdings und fällt in ein Koma.
Zwischenzeitlich erscheint die Hammer, ein weiteres Hovercraft, und nimmt die Besatzung der Nebukadnezar auf. Ein von Commander Lock geplanter Gegenangriff auf die Maschinen war fehlgeschlagen, da ein zu früh ausgelöster elektromagnetischer Impuls einen Großteil der Hovercraft-Flotte Zions zerstört hat. Der einzige Überlebende und offensichtliche Schuldige, Bane (alias Smith), befindet sich ohnmächtig mit an Bord. Gemeinsam erwarten die Menschen den Angriff der Maschinen.
Quelle: Wikipedia