Os agentes J (Will Smith) e K (Tommy Lee Jones) estão de volta... no tempo. J já viu muitas coisas inexplicáveis em seus 15 anos com os Homens de Preto, mas nada, nem mesmo os alienígenas, o deixam tão perplexo quanto o seu parceiro irônico reticente.

Mas quando a vida de K e o destino do planeta são colocados em jogo, o agente J vai ter que viajar de volta no tempo para acertar as coisas. J descobre que há segredos no universo que K nunca lhe disse − segredos que se revelarão a medida que ele se junta ao jovem agente K (Josh Brolin) para salvar seu parceiro, a agência e o futuro da humanidade.