平穏な生活が戻ったグリーンヒルズで、夜ごと勝手に街を守り続けているソニック(声:ベン・シュワルツ)。彼は「本当のヒーローになりたい!」と願っていた。そんななか、ドクター・ロボトニック(ジム・キャリー)が、銀河系で最も危険な戦士ナックルズ(イドリス・エルバ)を引き連れて帰ってくる。史上最強の破壊力を持つ“マスターエメラルド”の在処を探す彼らは、なぜかソニックを執拗に狙う。ソニックは自慢のスピードで立ち向かうが、ナックルズの圧倒的パワーでねじ伏せられてしまい、間一髪のところで仲間のテイルス(コリーン・オショーネシー)に救出される。ソニックは、マスターエメラルドが悪の手に落ちる前に探し出そうと、旅に出ることを決意する。ソニックとテイルスは、史上最大の危機から世界を救えるのか……?