道姆·柯布（莱昂纳多·迪卡普里奥 Leonardo DiCaprio 饰）与同事阿瑟（约瑟夫·戈登-莱维特 Joseph Gordon-Levitt 饰）和纳什（卢卡斯·哈斯 Lukas Haas 饰）在一次针对日本能源大亨齐藤（渡边谦 饰）的盗梦行动中失败，反被齐藤利用。齐藤威逼利诱因遭通缉而流亡海外的柯布帮他拆分他竞争对手的公司，采取极端措施在其唯一继承人罗伯特·费希尔（希里安·墨菲 Cillian Murphy 饰）的深层潜意识中种下放弃家族公司、自立门户的想法。为了重返美国，柯布偷偷求助于岳父迈尔斯（迈克尔·凯恩 Michael Caine 饰），吸收了年轻的梦境设计师艾里阿德妮（艾伦·佩吉 Ellen Page 饰）、梦境演员艾姆斯（汤姆·哈迪 Tom Hardy 饰）和药剂师约瑟夫（迪利普·劳 Dileep Rao 饰）加入行动。在一层层递进的梦境中，柯布不仅要对付费希尔潜意识的本能反抗，还必须直面已逝妻子梅尔（玛丽昂·歌迪亚 Marion Cotillard 饰）的处处破坏，实际情况远比预想危险得多……

这一次，破坏王拉尔夫（约翰·C·赖利 John C. Reilly 配音）和云妮洛普（萨拉·丝沃曼 Sarah Silverman 配音）又闯祸了，导致了云妮洛普所在的游戏《甜蜜冲刺》的游戏机方向盘遭到了损坏。这是一台非常古老的街机，在整个互联网中，只有一只备用方向盘正在销售，然而它的售价实在是非常昂贵，老板决定放弃这台机器，将它解体变卖。这也就意味着，《甜蜜冲刺》里的角色们将永远失去他们的家园。
为了避免这一悲剧的发生，拉尔夫和云妮洛普决定亲自到互联网里去走一遭，买回方向盘。一路上，他们惹了无数的笑料，犯了无数令人啼笑皆非的错误。为了赚钱，拉尔夫不惜亲自出马成为视频网站的网红赚取点击量变现，而云妮洛普则在另一款赛车游戏《狂野飙车》里找到了真正的自我。