L'apparition des robots, au service de l'homme, puis de l'Intelligence artificielle a entraîné une confrontation entre Humains et Machines, qui ont finalement fabriqué leur propre domaine concurrencent directement celui des humains. Cette confrontation s'est intensifiée lors du jugement d'un robot pour meurtre, de la haine grandissante contre eux et lors de la création d'un état uniquement dédié aux robots dans le Moyen-Orient qui a fait basculer l'économie mondiale (voir animatrix).
Voyant leurs forces diminuer au fil du temps, les Humains ont recouvert la terre d'un épais nuage, provoquant un hiver nucléaire, empêchant ainsi les rayons du soleil (la seule source d'énergie abondante utilisable par les Machines) de passer. Les Machines ont donc dû chercher une nouvelle source d'énergie et ont tourné leurs recherches vers la bio-électricité. Une fois la victoire acquise, les machines ont fabriqué les tours nécessaires au fonctionnement et à la maintenance de leurs générateurs, et se sont assurées d'une production régulière d'humains en les cultivant et en les conservant dans des cocons remplis d'un liquide nutritif. Une fois le cocon connecté sur une tour, les câblages permettent de fournir l'air à l'humain ainsi que de renouveler le liquide nutritif, et à prélever sa bio-électricité. Le problème, c'est qu'emprisonnés de la sorte, les Humains ne fournissaient pas assez d'énergie. Les Machines ont donc créé la Matrice, sorte d'univers virtuel dans lequel les Humains s'épanouissaient, assurant une quantité d'énergie considérable aux Machines. Les humains n'ont donc pas conscience de la réalité et du « monde qu'on superpose à leur regard ».
Mais cette Matrice, comme tout logiciel, contient différents bug, dont l'apparition d'un homme qui peut jouer avec les règles de ce monde virtuel. Cet homme est considéré comme un Élu par les quelques milliers d'humains qui ont pu survivre dans le monde réel, cachés sous Terre dans la ville de Sion. Les Humains voient en l'Élu le sauveur de l'humanité...
Ce film fut considéré par le grand public comme une véritable révolution. Sur le plan esthétique, son emploi intensif d’une technique de tournage (existant antérieurement mais assez peu utilisée) : le bullet time, effet de « caméra mobile » (une série d'appareils photo disposés en cercle) autour d’un sujet en mouvement ralenti, a séduit les spectateurs. Cette technique fut utilisée par Michel Gondry dans une publicité pour Smirnoff en 1997, la première utilisation au cinéma fut sans doute dans Perdus dans l'espace (Lost in Space) de Stephen Hopkins (1998). De nombreux éléments graphiques ont été repris de Ghost in the Shell de Mamoru Oshii, notamment le générique.
Sur le fond, cependant, aucun des éléments pris séparément n’est proprement révolutionnaire. La manière de filmer est très inspirée du cinéma de Hong-Kong et de John Woo, les thèmes sont des classiques du cyberpunk, avec des éléments de Tron (Steven Lisberger, 1982) et de Terminator (James Cameron, 1984) pour le thème central (les machines dominant le monde dans le futur).
Quant à la notion de la vie dans un simulacre de monde électronique, elle est présente, outre dans Tron, dans un film sorti juste après Matrix : Passé Virtuel (The 13th Floor), inspiré par le livre-culte de Daniel F. Galouye Simulacron 3, ainsi que dans un film sorti simultanément, eXistenZ de David Cronenberg. La notion même d’univers mental géré par ordinateur est apparue dans le roman Ubik de Philip K. Dick paru en 1969, ainsi que dans Neuromancien de William Gibson en 1984. On peut également citer le projet Lifehouse écrit par Pete Townshend, guitariste et principal compositeur des Who. De plus la référence dans l'histoire de la pilule rouge vient du film de Paul Verhoeven, Total Recall (film qui est une adaptation à l'écran de la nouvelle We can Remember it for You Wholesale de Philip K. Dick), où la prise de celle-ci signifie l'acceptation psychologique d'un retour à la réalité pour le héros de l'histoire.
Enfin, une rumeur prétend que Dark City, sorti un an avant Matrix, aurait été une source d'inspiration pour ce dernier et certains sites ont listé les ressemblances. En réalité, l'inspiration a plutôt pris le sens inverse puisque la version définitive du scénario de Matrix a été achetée en 1994 par la Warner Bros, coiffant au poteau plusieurs majors... dont New Line, productrice de Dark City, qui n'allait pas tarder à demander quelque réécritures pour Dark City (une nouvelle version sera livrée par David Goyer). Ceci expliquerait les similitudes de certains événements ou idées : ainsi, le trou sur la chaussée par la chute de Néo n'a pas la moindre raison d'être dans Matrix, mais en a une dans la scène correspondante de Dark City où le corps qui tombait était une lourde armature de métal, etc.. Pour ce qui est des similitudes de décors, c'est tout simplement que pour des raisons de budget, Matrix a réutilisé certains des décors de Dark City (les deux films ont été tournés dans le même studio). Rajoutons que la simple proximité des dates de sortie suffit à réfuter toute thèse de copiage, Dark City n'étant sorti qu'un mois avant le début du tournage de Matrix. Dans ces conditions, difficile de croire que les frères Wachowski, alors en pleine pré-production d'un tournage qui s'annonçait compliqué, aient pu ne serait-ce qu'envisager d'ajouter des éléments à leur scénario qui était alors bouclé depuis plus de trois ans.
Des articles de presse ont souligné lors de sa sortie, la récupération ou l'utilisation par Matrix de concepts ou mots existants déjà préchargés de sens et sur lesquelles il se greffe : Morpheus (Morphée divinité des rêves, donc de l'illusion), le lapin blanc de Lewis Carroll, la notion d’éveil inspirée du bouddhisme, la Bible (messianisme avec l'élu, les noms Nebuchadnezzar et Zion sont les transcriptions phonétiques anglaises de Nabuchodonosor et Sion, Trinity et la Trinité)... Il peut être aussi considéré comme une reprise adaptée au monde moderne du concept hindouiste de la mâyâ et de l'allégorie de la caverne de Platon, où le monde que nous voyons ne reflète que les ombres du réel (thème largement utilisé dans le cinéma, qui est après tout lui-même une « caverne de projection » ; voir mise en abyme). Le film a d'ailleurs suscité un livre de philosophie regroupant plusieurs contributions : Matrix, machine philosophique (éditions Ellipses, 2003).
Le désir de rechercher une explication d'ensemble a engendré une profusion d'hypothèses, aucune n'ayant jamais été confirmée ni démentie par les frères Wachowski. L'une d'entre elles en fait une synthèse rassemblant des visions philosophiques dues entre autres à Berkeley et Descartes, notamment dans la Première des Méditations métaphysiques, dans des interviews de philosophes sur les bonus accompagnant le DVD du film. Le court-métrage The philosophy of the Matrix en a été tiré. Une troisième y voit une vision tiers-mondiste en arguant du fait que les agents sont toujours des blancs habillés uniformément à l'occidentale, alors que les autres personnages reflètent, surtout à partir du deuxième film, la diversité des populations de la planète. Une quatrième y voit une théorie développée par des sources ufologiques ou par Robert Monroe, Valdamar Valerian, ainsi que Laura Knight-Jadczyk, qui expliquent que toute forme de vie terrestre est une source d'énergie pour des entités d'une dimension supérieure compénétrant la nôtre, source qui de ce fait, doit être tenue sous contrôle, etc.