马库斯，这位伞公司的控制人，为了治疗患有早衰症的女儿，发现了T病毒。然而，这一应用却意外地引发了一场丧尸浩劫。马库斯呼吁立即停止T病毒计划，但这一要求被另一控制人艾萨克斯博士驳回。艾萨克斯博士被贪婪和权力蒙蔽了双眼，他与马库斯的女儿艾丽西亚共同掌握着公司一半的控制权。
艾萨克斯博士创造了人工智能红后，以帮助他控制伞公司。在一次高层秘密会议上，艾萨克斯博士提出了他的“地球净化计划”。他计划利用T病毒使全球人类感染，只留下公司高管和权贵等少数人，以及基础设施。等到释放病毒抗体后，消灭被感染的人群，从而达到控制地球的目标。这一计划其实从一开始就是故意为之。这份会议记录被艾丽西亚上传到红后系统，与其保护伞公司财产和人员的系统设置产生冲突。红后告诉爱丽丝真相，让她在四十八小时内前往浣熊市地下蜂巢找到病毒抗体，到地面释放解毒，以拯救地球最后幸存的四千多人。如果目标达成，意味着爱丽丝也将随之消亡，但她依然选择相信红后，执行这一任务。
华盛顿大战原来是个骗局，威斯克再次背叛爱丽丝，导致人类几乎消亡殆尽。爱丽丝经过一场与变异飞行怪物的激战后，精疲力竭。她接受了红后的任务，前往浣熊市途中遭遇艾萨克斯博士率领的丧尸大军。经过一番打斗，她切掉博士的手，解锁摩托车，在装甲车导弹的攻击中逃走。艾萨克斯博士通知蜂巢中的威斯克将蜂巢的安全级别提高到最高。
爱丽丝前进途中又遭遇克莱尔带领的人类小队的伏击。了解情况后，爱丽丝指挥利用汽油堵截艾萨克斯的丧尸大军，略有成效后前往蜂巢地下实验室。摆脱掉丧尸犬的攻击，进入管道时又遭遇巨大风扇的切割，一人丧命。红后提醒爱丽丝他们当中有内奸，并给她提供蜂巢地形图指引方向。通过管道时，众人被分散。爱丽丝血战变异丧尸，克莱尔掉入玻璃室利用子弹制作小型炸弹逃出，其他人都丧命，只有医生跟着爱丽丝。爱丽丝由此知道了他就是内奸。
眼看无法阻止爱丽丝，威斯克唤醒冰冻的艾萨克斯本体，与爱丽丝见面。技高一筹的艾萨克斯与爱丽丝打斗。年老的艾丽西亚乘坐轮椅出现，解雇了威斯克。克莱尔杀死内奸医生，战局逆转。艾丽西亚告诉爱丽丝，其实她是自己的克隆人，红后是以她小时候为模型创造的。得知爱丽丝依然坚决拯救世界时，艾丽西亚将童年记忆下载。
爱丽丝和克莱尔追捕艾萨克斯，两人进入第一部的激光室决斗。由于没有网状激光，爱丽丝轻松躲过，以几根手指为代价触发了艾萨克斯腰中的手雷取胜。她紧急赶往地面，博士则恢复重启。
在爱丽丝释放病毒抗体时，又被重启的艾萨克斯接住。此时，带领丧尸大军的艾萨克斯克隆体赶到，看到本体后愤怒地杀死本体，强调自己的唯一性之后被后面的丧尸咬死。就在铺天盖地的丧尸扑向爱丽丝时，病毒抗体发挥功效，丧尸全部倒下，包括爱丽丝。同时，艾丽西亚也炸掉了基地冷冻的公司高层。
爱丽丝再次醒来，原来抗体只杀死了她体内的病毒细胞而保留了健康细胞，她也得到了艾丽西亚童年的记忆，成为一个真正的人。她通过了考验，这个克隆人比人更有人性。
在抗体随空气传播的时间里，爱丽丝再次踏上征途。
