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 pelo 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 sua esposa, Persephone (Monica Bellucci).