 在《复仇者联盟四》上映后，漫威的第四，第五阶段作品质量大不如前，让无数漫威迷也因此感到失望。在漫威的分支线路上，银河护卫队属于较为独立的系列作品，而《银河护卫队3》的出现也让人们重新激发对漫威的期待。
第三部的故事剧情与前两部较为分离，围绕火箭过去的身世而展开。不速之客冲入护卫队飞船基地，大肆破坏，并且将火箭胸前的激活器破坏，要想救活它必须得到火箭的密钥，成员们也因此而展开新一轮的银河探索任务。
在上一部的基础上，星爵因为卡魔拉的离开而一蹶不振。但在朋友生命安危面前，他带着各成员走向火箭诞生的公司。在星云的帮助下银河魔盗团帮助他们弄到宇航服，卡魔拉也在他们其中。卡魔拉决定帮星云完成任务。格鲁特守在火箭的身旁，其他的人都登上星球，去找寻火箭胸口的密码。他们来到有机星球，骗过守卫的同时，卡魔拉，星云和星爵来到控制室，并要求职员帮助他们找到火箭的档案。而螳螂女和德拉克斯负责分散注意力。却未想被敌人盯上，在取得火箭的档案后，他们与对方展开激战，最后在格鲁特的帮助下，登上飞船成功逃生。
但这并不能为他们带来改变，因为密钥早已被值守人员删除带走，他们只了解到火箭的身世：火箭是一只仓鼠，被人类用于开发完美的变种生物，编号89P13，并被丢入监狱。而它在变异过程中却开发出完美的头脑，让贪婪的至高进化企图通过它来迭代新的生物体，为了创造自己心中的乌托邦美丽世界。在新的完美生物被开发出后，火箭便被抛弃，在监狱中遇到其他三个同伴：蜘蛛莱拉，河马大牙和兔子板板。他们彼此是最好的朋友，却将要面临被消灭的命运。火箭制造出打开牢房的钥匙，并将莱拉解救出来，却被至高进化用枪打死。最后大牙和板板也死在枪口上，只剩火箭逃出生天。
护卫队一行人来到那所谓的“完美世界”，但在这里他们看到的是各种不同的带着动物体的人类生活在和地球同样的星球。他们说无法理解的外星语言，但他们的生活却和人类不无二致：争吵无处不在，那些恶习也充斥在城市的每个角落。星爵和格鲁特决定只身前往至高进化的大本营，找到火箭胸口的密钥。德拉克斯因为好奇，决定隐瞒星云，带着螳螂女前往基地，但与此同时护卫队飞船上只剩下卡魔拉，却被突然到来的变种生物袭击，他只好带着火箭四处逃窜。在基地内，星爵和格鲁特用手雷袭击，并将火箭的密钥从携带者头部夺取，至高进化及时赶到，星爵和格鲁特纵身一跃，在格鲁特的帮助下幸免于难，并被卡魔拉开来的飞船解救。但星云不了解情况，带着德拉克斯和螳螂女奋力爬上升天离开的飞船，他们没有找到星爵，却找到被监禁在飞船低端的幼童和无数的生物。
得到密钥后，火箭在梦境中它需要做出选择。莱拉，大牙和板板在天堂门口等待着他，但莱拉告诉他，现在不是时候，因为他还有自己的使命需要完成。火箭重获新生，和星爵他们一同闯入飞船，并和至高进化展开决斗。至高进化释放最强生命体，并卷入银河护卫队的大本营。克拉格林独自看守，他终于完成自己对意志的掌控，和死去的勇度那样操纵着毒针，将所有侵入者歼灭。与此同时，飞船和大本营进行对接，将所有的孩童拯救。火箭看到的曾经的自己：那一群浣熊幼崽。当他即将带走他们的时候，至高进化来到他的身旁，决定亲手将他了结，但此时星爵，星云等全部来到，终于至高进化了结。对接依然在进行着，星爵却因为捡拾掉落的相片失去返回基地的最佳时机，被银河的绝对冷度冻结。幸好在亚当术士的帮助下成功回到大家身边。
就这样，火箭终于不再困惑于自己的身世，而星爵也放下对卡莫拉的执念，并决定回到几十年前离开的家乡，在那里他见到自己的祖父。螳螂女也决定离开基地回家，星云守护着基地，让那些幼童能够成长。火箭成为新任护卫队的队长，带领着新的护卫队走在宇宙角落。
电影宣告着旧的护卫队的落幕，但总体而言是和平的解散，这样的结局让人安心。电影的总体节奏非常紧凑，故事的衔接也非常清晰。电影的大反派至高进化想要创造出完美的“乌托邦”世界，却被陷入创造完美生命体的怪圈套，并不能改变社会的实质。电影的第二分支是关于火箭摆脱身世的困扰，即便在至高进化看来它只是失败的实验品，但火箭却依然有着被人所认可的品质，它的智慧是无人可比的。
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