Une importante et incontrôlable violence frappe l'Arcadia qui, malgré les efforts de tous, est détruit ne laissant aucun survivant. Quelques mois plus tard Alice Abernathy (Milla Jovovich) se réveille dans une banlieue chic de Raccoon City. Elle se retrouve mariée à Todd, un homme parfait qui étrangement ressemble comme deux gouttes d'eau à Carlos Oliveira (Oded Fehr), et est mère d'une petite fille idéale. Mais qu'en est-il d'Umbrella Corporation et de l'infection ? N'était-ce qu'un rêve ? Tout semble bien se passer jusqu'au moment où Alice et sa famille se retrouvent attaqués par une horde de morts-vivants. La situation dégénère et la vie d'Alice se transforme en cauchemar.
Cette dernière se réveille brusquement dans une cellule d'Umbrella Corporation. Elle réalise alors que tout n'était qu'un rêve. Alice est alors libérée de sa cellule. Elle rencontre par la suite Ada Wong (Li Bingbing), un des meilleurs agents d'Umbrella, qui lui révèle qu'elle se trouve dans une des installations les plus importantes d'Umbrella Corporation se situant en Russie.
Alice ne se trouve alors aucun autre objectif que de fuir le laboratoire. Mais elle se rendra vite compte que le complexe est plein de surprises, très vite des révélations se feront connaître. L'héroïne sera confrontée à Jill Valentine (Sienna Guillory), une ancienne alliée désormais contrôlée par Umbrella, aux clones de ses anciens amis décédés : Rain (Michelle Rodriguez), One (Colin Salmon), Carlos (Oded Fehr) ou Ada qui se révèlera jouer un double-jeu. Alice découvrira que les événements qu'elle a vécus dans la banlieue de Raccoon City n'étaient pas un rêve.
Alice retrouve alors Becky, sa fille (ou plutôt la fille de la Alice de Raccoon City, qui se révélera être un clone), mais tient à la sauver et l'emmène avec elle. Umbrella Corporation utilisant ces souvenirs contre elle, Alice devra faire un choix. Dans ce terrifiant parcours elle devra apprendre à faire la différence entre la réalité et la fiction, les vrais et faux sentiments, ses amis et ses ennemis...