主人公のトーマス・アンダーソンは大手ソフトウェア会社に勤めるプログラマー。
その彼にはハッカーという別の顔があり、そちらではネオという名前で活動していた。
彼は、起きていてもどこか夢を見ているような感覚に悩まされる日々が続き、常に漠然とした違和感を感じながら生活していた。
そんなある日、トーマスの前にトリニティと名乗る謎の女性が現れる。
彼女から仲間のモーフィアスを紹介されるが、彼はずっとトーマスを探し続けてきたと言う。
同様に、彼はここのところトーマスが探していた人物でもあった。
トーマスはモーフィアスから青い薬と赤い薬を差し出され、青い薬を飲めば元の暮らしに戻り、赤い薬を飲めばトーマスがずっと気になっていた「マトリックス」の正体を自分の目で見ることができると言われる。
赤い薬を選んだトーマスは、自分がカプセルの中に閉じ込められていたという現実を知り、今まで認知していた世界は「マトリックス」という仮想現実の世界だったことを自覚する。
モーフィアスによれば、現実の世界では、コンピュータの反乱によって人間社会が崩壊し、人間の大部分はコンピュータの動力源として培養されることになったという。
トーマスは、モーフィアスが船長を務める「ネブカドネザル号」の仲間として迎えられ、ハッカーとして使っていた名前「ネオ」を名乗ることになる。
モーフィアスはネオこそがコンピュータの支配を打ち破る救世主であると信じ、仮想空間での身体の使い方や、拳法などの戦闘技術などを習得させた。
人類の抵抗軍の一員となったネオは、仮想空間と現実を行き来しながら、人類をコンピュータの支配から解放する戦いに身を投じていくことになる。
様々な技術をものすごい勢いで習得していったネオは、モーフィアスに連れられてマトリックス内の預言者に会いに行く。
モーフィアスはネオが人類を救ってくれる救世主だと信じているが、ネオは預言者から「才能はあるけど違う。何か待ってるみたい」と言われてしまう。
ネオは自分が救世主ではなかったことをモーフィアスに伝えようとするが、預言者の言葉は自分の胸にしまっておくようモーフィアスから言われる。
その後、仲間の裏切りにより、ネオたちはマトリックスにおいて警官のような存在であるエージェントからの追跡に遭い、モーフィアスが捕まってしまう。
ネオたちは現実世界に帰還することができたが、ネオとトリニティはモーフィアスを助けるために再びマトリックスに戻り、エージェントたちと戦闘を繰り広げる。
モーフィアスとトリニティを現実世界に戻したところで、ネオがエージェントに見つかり、激しい追跡を受けて、最終的には命を奪われてしまう。
モーフィアスは救世主のはずだったネオが死んだことに愕然とするが、トリニティは預言者から「あなたの愛する人が救世主」だと言われていた。
彼女は死んだネオの耳元でその言葉をささやき、ネオにキスをすると、ネオの心臓が動き出して生き返る。
預言者が「何かを待っている」と言ったのは「ネオの死と再生」のことで、これにより晴れてネオは「救世主」となり、エージェントを容易に蹴散らす能力を手に入ることとなった。
【場面展開のまとめ】
・トリニティがエージェントの追跡から逃亡
・トリニティがネオをクラブへ呼び出す
・ネオが会社でエージェントに捕まる
・モーフィアスがネオを呼び出し薬を飲ませる
・ネオが現実を認識する
・マトリックスの訓練プログラム
・預言者に会いに行く
・エージェントからの逃亡とモーフィアス捕獲
・サイファーの裏切りと仲間の死亡
・エージェントによるモーフィアスへの訊問
・ネオとトリニティがモーフィアスを奪還
・取り残されたネオとスミスの戦い
・逃げるネオと追うエージェント
・ネオの死亡
・ネオが救世主として再生