《刺猬索尼克3》以日本一座戒备森严的监狱岛拉开序幕。G.U.N.特工们严密监视着被冷冻50年的暗影刺猬（基努·里维斯配音），他脑海中不断闪回与少女玛丽亚（艾拉·布朗饰）的回忆。随着安保系统突然被入侵，暗影挣脱束缚舱苏醒，瞬移能力让他如鬼魅般击倒所有特工，消失在夜色中。
镜头转向绿岭镇，索尼克（本·施瓦茨配音）、塔尔斯（科琳·欧肖内茜配音）和纳克鲁斯（伊德瑞斯·艾尔巴配音）正在展开速度对决。当索尼克被全息影像戏耍折返时，发现汤姆（詹姆斯·麦斯登饰）、麦迪（蒂卡·桑普特饰）和伙伴们为他准备了地球定居纪念派对。在探索旧日栖身的洞穴时，索尼克抚摸着绘有长爪嬷嬷的涂鸦墙，流露出深藏的思念。汤姆轻拍他肩膀："无论经历什么，你始终是那个善良的闪电小子。"
欢庆被G.U.N.指挥官罗克韦尔（克里斯滕·里特饰）打断，她紧急征召三人前往东京——暗影正在那里制造混乱。这场红蓝闪电对决堪称系列巅峰：暗影驾驭摩托车在楼宇间漂移射击，索尼克则化作金色流光紧追不舍。当暗影突然消失时，他留下的只有被混沌能量灼烧的街道。
查欧花园基地里，沃尔特斯指挥官（詹姆斯·沃克饰）揭开尘封往事：暗影来自五十年前坠落地球的陨石，体内蕴含毁灭性的混沌能量。实验室爆炸事件后，负责研究的杰拉德教授锒铛入狱。话音未落，蛋头博士的无人机群突袭基地，垂死的指挥官将密钥卡塞给索尼克团队。神秘机车手及时出现摧毁无人机，却留下更多谜团。
追踪机车手来到巨型机械螃蟹内部，团队震惊发现落魄的蛋头博士（金·凯瑞饰）正被垃圾食品包围。在交换条件（索尼克交出一根金色刺毛）后，这个临时联盟开始运作。与此同时，暗影潜入废弃的G.U.N.设施，全息投影中玛丽亚的幻象轻声呢喃："记住我们的约定..."
当索尼克团队闯入设施核心区，迎接他们的是跨越时空的重逢——年轻的杰拉德教授（金·凯瑞分饰）与暗影早已守候多时。老科学家狂热讲解着月食加农炮计划，这个埋藏在总部地下的超级武器需要两把密钥激活。随着黑洞生成装置启动，被捆住的英雄们眼看密钥被夺，千钧一发之际用传送环逃脱。
伦敦行动中，伪装成瑞秋（娜塔莎·罗斯威尔饰）和兰德尔（谢玛·摩尔饰）的汤姆夫妇贡献了年度最佳喜剧桥段——麦迪踩着15厘米高跟鞋踉跄潜入控制中心。当重力控制系统被纳克鲁斯砸坏，整个场景变成太空失重状态的特工滑稽戏。而汤姆假扮沃尔特斯骗取密钥的桥段，直接导致暗影暴走——那一记带着混沌能量的重拳，让索尼克彻底黑化。
为获得超级形态复仇，索尼克强取守护在韦德（亚当·佩里饰）处的王者翡翠。此时太空中的加农炮已对准地球，蛋头博士震惊发现祖父的真实目的是灭绝人类而非统治。闪回揭示残酷真相：当年G.U.N.特工的流弹误杀玛丽亚，这刻骨之痛让杰拉德与暗影誓要毁灭文明。
月球表面的终极决战中，暗影讥讽道："愤怒让你变得和我一样。"索尼克的金色能量突然波动，他收起致命一击："不，这从来不是我的风格。"两大刺猬在陨石坑中对视，混沌能量产生共鸣。当他们联手阻挡加农炮光束时，蛋头博士用索尼克刺毛制造的"终极痒痒挠"将杰拉德弹进能量场，完成了黑色幽默的弑亲救世。
片尾双彩蛋埋下重磅伏笔：纽约中央公园的金属索尼克大军，与挥舞巨锤登场的艾米·罗斯构成惊艳画面；而月球碎片中拾起抑制环的暗影，为续集留下深邃悬念。
本作完美平衡了高速动作与情感深度，金·凯瑞的跨时空双演技堪称从影最佳。当片尾《His World》变奏曲响起时，你会明白为什么这个蓝色闪电能持续闪耀三十年。