在矩阵中生活的一名年轻的网络黑客尼奥(基努·里维斯)发现,看似正常的现实世界实际上似乎被某种力量控制着,尼奥便在网络上调查此事。而在现实中生活的人类反抗组织的船长莫菲斯(劳伦斯·菲什伯恩), 也一直在矩阵中寻找传说的救世主,就这样在人类反抗组织成员崔妮蒂(凯莉·安·摩丝)的指引下,两人见面了,尼奥也在莫菲斯的指引下,回到了真正现实中,逃离了矩阵,这才了解到,原来他一直活在虚拟世界当中,真正的历史是,在20XX年,人类发明了AI(人工智能),然后机械人叛变,与人类爆发战争,人类节节败退,迫不得已的情况下,把整个天空布满了乌云,以切断机械人的能源(太阳能),谁知机械人又开发出了新的能源---生物能源,就是利用基因工程,人工制造人类,然后把他们接上矩阵,让他们在虚拟世界中生存,以获得多余的能量,尼奥就是其中一个。尼奥知道后,也加入了人类反抗组织,在莫菲斯训练下,渐渐成为了一名厉害的“黑客”,并渐渐展露出与其他黑客的不同之处,让莫菲斯也更加肯定他就是救世主,就在这个时候,人类反抗组织出现了叛徒,莫菲斯被捕,尼奥救出了莫菲斯,但在逃跑过程中,被矩阵的“杀毒软件”特工杀死,结果反而让尼奥得到了新的力量,此时真实世界中的崔妮蒂紧依著尼奥和他对话并深深的吻了他,感受到真实世界的深情之后尼奥仿佛顿悟一般地复活了!复活后的尼奥对自己“救世主”的身份已无丝毫怀疑,明白到自己可以重写矩阵内程序的能力。他马上入侵了其中一个特工程序——史密斯,令史密斯烟消云散,消失得无影无踪,其他的特工程序吓得落荒而逃。
从此,人类与机械的战争,进入了一个新的时代,之后的故事在黑客帝国2:重装上阵中继续发展。