故事发生在第一部的四年之后，此时特警K（汤姆•李•琼斯 饰）已经退休，成为一名普通的邮局局长，而J（威尔•史密斯 饰）则继续从事MIB的工作。
卡洛瑟星邪恶女王蛇莲娜来到地球需找宇宙能量“萨塔之星”，占领了MIB的总部。而当年逃亡到地球的萨塔公主萝娜曾请求MIB把 “萨塔之星”藏在地球，全面负责这件事情的K为了地球的安全，拒绝了她。
面对来势汹汹的蛇莲娜，MIB派J去寻找k，调查当年事件的真相，怎样说服失去记忆的K相信外星人的存在，成了J面临的第一个难题……

地球并不只是人类的天下，其实有1500名外星人生活中我们当中，而星际移民局则处理和外星人相关的事情。
纽约普通警察爱德华兹（威尔·史密斯 饰）因缘际会之下加入了这一组织，成为MIB的一员，代号J，从此没有名字、没有身份，成为特警K（汤姆·李·琼斯 饰）的搭档。
J应对的 第一起事件就是虫族的入侵。亚基伦王子罗斯伯在地球被虫族杀害，而他随身携带的“银河系”——宇宙次原子能源的最好来源也失踪了，若虫族找到，将给亚基伦人带来毁灭性的打击；亚基伦人发出最后通牒，如果地球人不能在一个小时之内交出“银河系”，他们就摧毁地球。
为了地球的安全，K和J不得不挺身而出。

月球最高监狱，穷凶极恶的伯格罗多星人鲍里斯（杰梅奈·克莱门特 Jemaine Clement 饰）越狱逃亡。他在1969年犯下邪恶罪行，最终被年轻的K（乔什·布洛林 Josh Brolin 饰） 砍掉一只手臂，送入监狱。此次他逃脱的目的，就是穿越时空杀死K。与此同时，J （威尔·史密斯 Will Smith 饰）和K（汤米·李·琼斯 Tommy Lee Jones 饰）一如既往处理各种外星人引起的混乱，因对鲍里斯的案件三缄其口，两个好搭档心生隔阂。
崭新的一天，J发现K消失不见，周围更几乎没人知道K这个人。此时的K已在40年前被鲍里斯杀死，他所建立的A网也不复存在。在这危急时刻，伯格罗多星人大举入侵地球。为了保护家园，J必须穿越时空再次改变历史……

小埃利奥特（亨利托马斯）发现一个意外走失的小外星人，他悄悄的收留了小外星人，并把他介绍给自己的哥哥和妹妹。孩子们与外星人友好的相处，给他吃巧克力，带他去郊外寻找家人留下的痕迹，并为小外星人的种种特异功能兴奋不已。渐渐的埃利奥特与外星人之间形成了某种奇妙的联系，跨越了言语沟通的障碍。
可是不久，外星人的存在被大人们知晓，无情的追捕行动展开了。ET被抓进实验室，小埃利奥特也一病不起。孩子们愤怒了，他们自发组织起来，营救外星人。埃利奥特也在心灵的感召下苏醒过来，加入营救行动。他们能成功么？