در دنیای دیستوپیایی که این مجموعه به تصویر می‌کشد، زمین تحت سلطه‌ی ماشین‌های هوشمند قرار دارد. انسان‌ها در محفظه‌هایی رشد داده می‌شوند و از طریق ایمپلنت‌های سایبرنتیک به واقعیتی مصنوعی به نام «ماتریکس» متصل می‌شوند. این واقعیت مصنوعی ذهن آن‌ها را تحت کنترل نگه می‌دارد، در حالی که ماشین‌ها از انرژی زیستی-الکتریکی و گرمای بدن آن‌ها به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند.

دنیای واقعیت مجازی شبیه‌سازی‌شده توسط ماتریکس، مشابه تمدن انسانی در حوالی آغاز قرن ۲۱ است (این دوره زمانی انتخاب شده، زیرا ظاهراً اوج تمدن انسانی محسوب می‌شود). بیشتر فیلم‌ها و بازی‌های مجموعه‌ی ماتریکس در یک ابرشهر عظیم و بی‌نام اتفاق می‌افتند، هرچند این تنها شهر موجود در ماتریکس نیست. مکان‌های آشنای دیگری نیز در طول سه‌گانه و انیمیشن «انیماتریکس» توسط شخصیت‌ها ذکر شده یا مورد بازدید قرار گرفته‌اند.

از آنجا که این محیط عملاً از واقعیت قابل تمایز نیست، تنها نشانه‌ی آن رنگ سبز ملایمی است که با پیشرفت داستان بیشتر نمایان می‌شود. اکثر انسان‌هایی که به ماتریکس متصل هستند، از ماهیت واقعی آن بی‌خبرند. بیشتر شخصیت‌های اصلی این مجموعه می‌دانند که این دنیا «واقعی» نیست و به همین دلیل می‌توانند تا حدی قوانین فیزیکی این شبیه‌سازی را تغییر داده و در آن اعمالی فرا انسانی انجام دهند.

این دنیای مجازی نخستین بار در فیلم ماتریکس معرفی شد. انیمیشن کوتاه رنسانس دوم از مجموعه‌ی انیماتریکس و همچنین کمیک کوتاه قطعاتی از اطلاعات نشان می‌دهند که چگونه درگیری اولیه‌ی انسان‌ها و ماشین‌ها شکل گرفت و چرا ماتریکس برای نخستین بار ایجاد شد. تاریخچه و هدف آن در فیلم ماتریکس: بارگذاری مجدد بیشتر توضیح داده می‌شود.

فیلم‌های این مجموعه شامل ارجاعات متعدد و متنوعی به آثار ادبی، فلسفی و مذهبی هستند. نمونه‌های برجسته شامل ارجاع به «خرگوش سفید» و «سوراخ خرگوش» است که به ماجراهای آلیس در سرزمین عجایب اثر لوئیس کارول اشاره دارند، همچنین استفاده از آینه به عنوان دریچه‌ای به دنیایی دیگر، که در کتاب آن‌سوی آینه از کارول مورد بررسی قرار گرفته است.

ارجاعات تاریخی و مذهبی نیز در نام مکان‌ها و وسایل نقلیه در این مجموعه دیده می‌شود. از جمله‌ی آن‌ها، هاورکرافت نبکنازار است. مشخص نیست که این نام به یکی از دو پادشاه بابلی به همین نام اشاره دارد یا صرفاً برگرفته از معنای تحت‌اللفظی آن یعنی «نابو (خدای خِرَد)، نخستین فرزندم را حفظ/محافظت کن» است، که می‌تواند به نقش این کشتی در محافظت از «برگزیده» اشاره داشته باشد. یکی دیگر از نام‌های برجسته، شهر زایان است که اغلب به عنوان نمادی از شهر اورشلیم یا سرزمین اسرائیل در متون مذهبی ابراهیمی به کار می‌رود، یا به معنای یک «سرزمین موعود» یا آرمان‌شهر تفسیر می‌شود.