Действие фильма происходит через несколько лет после событий, разворачивающихся во втором фильме «Обитель зла: Апокалипсис».
Военным не удалось сдержать T-вирус в пределах города Ракун-сити.
Вирус распространился сначала по Северной Америке, а потом перебрался на другие континенты и захватил весь мир. Причём воздействию вируса подверглись не только люди, но животные и растения, поэтому весь мир превратился в безжизненную пустыню.
«Umbrella» продолжила своё существование несмотря на почти полное вымирание человечества. Сотрудники корпорации укрываются в подземных комплексах, где продолжают работать над вирусом и антивирусом и проводят другие исследования.
Одно из таких исследований — продолжение проекта «Элис» — попытка создать клон Элис, обладающий такими же способностями, как «оригинал». Клоны подвергаются испытаниям, но так как не дотягивают до «оригинала» — погибают. Тела клонов поднимаются на поверхность и сбрасываются в траншею.
Элис путешествует в поисках топлива и продовольствия на мотоцикле по небольшим городам, так как оставаться на одном месте слишком опасно — найдут зомби; в больших городах ещё опаснее по этой же причине.
Сверхчеловеческие способности Элис растут, но всё же ей приходится скрываться от обнаружения военными орбитальными спутниками (сигнал со спутника может полностью контролировать Элис).
В таком же, как Элис, постоянном движении находится и группа других выживших. В эту группу входят Клэр Рэдфилд (сестра Криса Рэдфилда, главного героя игры Resident Evil), Карлос Оливера, бывший солдат спецподразделения, появлявшийся во втором фильме) и Ли Джей (также появлявшийся во втором фильме). Элис встречается с остальными героями во время нападения заражённых птиц. Чтобы уничтожить этих летающих зомби, Элис использует свои сверхспособности. Этот всплеск фиксируется спутником военных — Элис обнаруживает себя.
Элис показывает остальным некие записи, которые она нашла во время своих путешествий — судя по этим записям, вирус не добрался до Аляски. Все решают, что лучше рискнуть и попробовать пробраться на север. Для того, чтобы преодолеть немалый путь до Аляски, нужно горючее, которого осталось совсем немного. Маленькие городки уже опустошены, а значит придётся ехать в большой город — Лас-Вегас, где их уже ждёт засада.
Ли Джея кусает зомби, однако он скрывает это. Через некоторое время, когда герои прибывают в Лас-Вегас, и на них нападают «усовершенствованные» военными зомби, Ли Джей сам становится одним из этих ходячих трупов. Умирает, получив пулю в голову от Карлоса Оливеры, при этом успев его укусить.
Карлос Оливера не успевает превратится в зомби (хотя и не должен — во втором фильме ему был введён антивирус), так как взрывает себя с бензовозом, расчищая путь Элис и остаткам группы выживших на североамериканскую базу «Umbrell-ы».
Добравшись до базы корпорации, Клэр Рэдфилд и остальные садятся в вертолёт и улетают в надежде добраться до Аляски. Элис спускается вниз, чтобы убить мутировавшего доктора Айзакса. Она расправляется с ним в копии коридора с лазерами из первого фильма, а саму Элис от этих лазеров спасает её клон.
Компьютерная система Белая королева («сестра» Красной королевы из первого фильма) сообщает Элис новость: её кровь — лекарство от Т-вируса. Элис во главе армии своих клонов собирается атаковать штаб-квартиру правительства под Токио.
