在1969年的黑衣人一个深夜，伯格罗多星人鲍里斯越狱而出，黑衣人带着一场40年前的黑衣人邪恶复仇。年轻时，黑衣人K（乔什·布洛林 饰）曾将他砍去一只手臂，黑衣人送入月球最高监狱。黑衣人然而现在，黑衣人鲍里斯设下阴谋，黑衣人企图穿越时空回到1969年，黑衣人亲手抹杀K。黑衣人与此同时，黑衣人在地球上的黑衣人J（威尔·史密斯 饰）和K（汤米·李·琼斯 饰），这对默契无间的黑衣人搭档因对鲍里斯案件的处理意见不合，关系渐行渐远。黑衣人突然间，黑衣人J发现K神秘失踪，连他自己也已无迹可寻。原来，早在40年前，K便已被鲍里斯残忍杀害，他所建立的A网也不复存在。面对突如其来的挑战，J不得不穿越时空回到1969年，与年轻时期的K联手，共同对抗伯格罗多星人的入侵。在这场关乎地球命运的大战中，两代黑衣人能否联手，改变历史的轨迹？一场跨越时空的英雄之旅即将展开……