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…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……全球最具影响力的经典科幻IP《黑衣人》全面升级！科幻电影之父史蒂文·斯皮尔伯格联手《速度与激情8》导演F·加里·格雷，金牌班底鼎力巨献！英国黑衣人总部王牌探员H（锤哥）与新晋探员M（泰莎·汤普森）在阻止外星团伙入侵的过程中意外铲除了隐藏在黑衣人组织中的内奸，成功拯救世界 。影片中，各种脑洞大开的外星人和颠覆想象的高科技装备轮番登场，热血沸腾惊心动魄的动作追车场面层出不穷，完美构建出全新的黑衣人宇宙观。
