外星杀手“野兽”从月球监狱越狱,穿越回1969年,杀死了年轻的K探员。J探员回到总部,发现整个MIB的历史被改写:K不存在,地球已被外星人入侵。为了修复时间线,J被迫跳楼穿越(MIB的时光机就是帝国大厦楼顶的跳楼装置)。回到60年代的J,遇到了年轻版的K——一个冷酷到没有感情的年轻人,以及当时还是美女探员的O。J必须在阿波罗11号发射当天,阻止“野兽”刺杀K。而在这个过程中,J终于知道了K当年为什么总是不肯摘下墨镜——以及自己父亲的真正死因。