Sam Flynn, un rebelle de 27 ans, est hanté par la disparition mystérieuse de son père, Kevin Flynn, un homme autrefois connu pour être le meilleur développeur de jeux vidéo au monde. Lorsque Sam se penche sur un signal étrange qui parvient de l'ancienne arcade de jeux de Flynn - un signal qui ne peut provenir que de son père -, il se retrouve aspiré dans un monde numérique où Kevin est prisonnier depuis 20 ans. Accompagnés de Quorra, l'intrépide guerrière, père et fils se lancent dans une aventure entre la vie et la mort à travers un univers virtuel visuellement époustouflant créé par Kevin lui-même, un univers devenu extrêmement évolué, avec des véhicules jamais imaginés, des armes, des paysages et un méchant impitoyable qui ne reculera devant rien pour empêcher qu'ils s'évadent.

Flynn, un concepteur de jeux vidéos qui s'est vu voler ses jeux vidéos par son ex-employeur, veut à tout prix récupérer une preuve qui lui ferait valoir ses droits. Avec l'aide d'Alan et de Lora, deux de ses anciens collègues, il infiltre le MCP (Maître Contrôleur Principal), un ordinateur avide de pouvoir à l'intelligence artificielle surdévelopée. Quand ce dernier découvre que Flynn veut s'infiltrer dans ses circuits, il le téléporte dans un jeu vidéo. Pour s'évader, Flynn devra compter sur l'aide de Tron, un programme indépendant inventé par Alan.