Le marine américain Ray Garrison rentre tout juste d'une mission réussie au Kenya lorsqu'il part en voyage en Italie avec son épouse Gina. Le couple est enlevé par des mercenaires dirigés par Martin Axe, qui exécute Ray et sa femme après avoir échoué à obtenir les informations qu'il recherchait. Ray est cependant ramené à la vie par Rising Spirit Tech, une entreprise spécialisée dans la cybernétique militaire, qui injecte dans son sang des nanites lui conférant des capacités de régénération et de métamorphose hors du commun. Devenu une arme vivante surnommée Bloodshot, Ray va devoir distinguer ses souvenirs réels de ceux implantés par l'entreprise qui contrôle désormais son esprit autant que son corps.