电影开头,外星蓝色刺猬索尼克在美国旧金山和蛋头博士(索尼克称他为内战来的胡子大叔)展开了一场追逐,然后使用倒叙式方式回到故事的开头。

时间回到很久以前,索尼克从小就拥有超音速的超能力,一直以来由一只名叫长爪的猫头鹰照顾着,长爪要求索尼克不能泄露自己拥有超能力。但年幼的索尼克并不以为意,仍然到处展示自己惊人的速度。一群针鼹部落觊觎他的力量,来到他的星球,突袭了长爪和索尼克的住处。索尼克和长爪在逃亡途中,长爪被一支箭射中,她抛出一枚可以打开通往其他星球传送门的金环,并将一袋金环交给了索尼克,让索尼克得以逃到地球。

十年后,索尼克在美国蒙大拿州一个名叫绿丘的小镇附近一个洞穴秘密地生活。索尼克一直渴望可以找到朋友,于是他将当地的一位警察湯姆·沃卓斯基和他的妻子兽医麦迪视为偶像。

一天晚上,索尼克独自在棒球埸自己和自己打棒球,逐渐的,他意识到全场只是自己和自己打棒球,没有他人陪伴,索尼克感到非常沮丧。为了发泄情绪,在场内跑了多圈,不慎释放了自己的力量,令美国太平洋西北地区因此大停电。美国国防部在部分成员的强烈反对下仍然聘请了疯狂科学家蛋头博士进行调查。不久,博士发现了索尼克的足迹,博士亲自和他研发的机器人联同美军追踪索尼克。发现事情不妙后,索尼克打算用金环逃到蘑菇星球,但因搜索队伍已经到了自己的洞穴外面,索尼克不得不逃到湯姆家的车库。在车库里,索尼克在准备使用金环的时候,被湯姆发现了,二人都被吓到尖叫的时候,湯姆不小心用麻醉枪射中了索尼克的腿部,索尼克不慎打开了通往旧金山的传送门,并在即将昏迷的时候将手上金环抛到其中一幢大厦的天台上。湯姆发现索尼克原来就是卡尔所说的“蓝恶魔”。他苏醒后,出于索尼克的请求,湯姆在蛋头博士进入他家前,将索尼克藏起来,最终还是被博士发现。湯姆一拳打晕蛋头博士后,驾车带索尼克逃走。博士认定汤姆是恐怖分子,对他进行通缉。二人离开了碧丘镇后,湯姆在公路上停车把索尼克赶下车,并告诉他向西行就到旧金山,索尼克离开后几秒就回来了。他表示自己不知道要去哪里而掉进了太平洋,全身都湿了,亦责怪湯姆令他不能离开地球。湯姆了解到索尼克不能独自完成他的目标后,决定协助他。

晚上,他们到了一个加油站休息,湯姆要索尼克留在车上。然而,在湯姆通过电话亭联络韦特时,索尼克忍不住诱惑去了加油站的酒吧。湯姆在便利店买了食物后打算离开,发现索尼克不见了,随后在酒吧找到了他,本准备离开的汤姆在他的说服下决定留下来和他一起玩。索尼克在写下自己的愿望清单时,向湯姆表示自己在地球仍有很多从未做过的东西,湯姆决定和他一起完成清单,从此成为了朋友。在酒吧内,他们完成了几件事后,正当他们聊天时,遇到一班人的挑衅,被他们叫做“嬉皮士”,索尼克激怒了这班人的领袖,展开了一场大乱斗。正当索尼克即将被领袖捉到的时候,索尼克运用了自己超音速的能力在酒吧四处奔走,拯救了湯姆,最后还设置了不同的恶作剧和陷阱,打倒了其他人,只有自己和湯姆安然无恙。这场大乱斗结束了后,他们驾车逃到一间汽车旅馆睡觉。

第二天早上,蛋头博士的队伍到了事发的酒吧调查,询问顾客有关索尼克和湯姆的下落,当知道他们正逃往旧金山,就计算他们的位置。在二人继续逃往旧金山的途中,索尼克不同意湯姆离开自己的家乡碧丘镇到旧金山警局的决定,并因此与他发生争执。此时,蛋头博士博士追踪到他们后,用机械车攻击他们,最终索尼克和湯姆打倒了机器人们,但是从机械车出来的小机器不但损坏了湯姆的车,还把索尼克炸伤了。湯姆到妻子在旧金山的家,将昏迷的索尼克用毛巾包好,正当汤姆进入时被他的大姑瑞秋企图阻止。进入后他的侄女喬喬前来欢迎他,他想她们解释情况,但不断被瑞秋打断,结果麦迪和瑞秋两姊妹争论时,他的狗奥斯把包着索尼克毛巾的拉下来,瑞秋看见索尼克后被吓晕了。汤姆把她绑在一个椅子上后,检查索尼克,用嗅盐把他救醒了。在湯姆向麦迪解释情况时,他们的侄女喬喬也送了新鞋子给索尼克。同时,蛋头博士也找到索尼克身上的一根刺并发现了它充满无限的能量,于是利用这根刺发动他开发的原型机,希望能借此捉到索尼克和湯姆。

随后,索尼克、湯姆和麦迪借用了瑞秋的车到泛美金字塔,索尼克跑上了大厦发现要用到特别的锁匙才能进入到天台。汤姆让索尼克藏在手提袋内,向大厦接待人员声称有人想在天台跳楼需要进入,大厦接待人员交给了他们天台钥匙。进入了天台后,三人找到了索尼克遗失的金环。索尼克感谢了湯姆和麦迪的协助,并即将向他们道别时候,蛋头博士突然出现。索尼克在毫无选择下用金环传送湯姆和麦迪回到碧丘镇,他和博士则开始展开一场追逐战(接续开头)。索尼克多次利用金环传送到世界不同的地方,途中经过了法国巴黎铁塔、中国万里长城和埃及金字塔,但因博士利用了索尼克的力量,令自己一直不能摆脱纠缠。最后索尼克传送回碧丘镇并且被蛋头博士打倒,但在湯姆和镇民勇敢介入下,他因此恢复并取回失去的力量,表示自己不再逃避,而是去尽力保护自己的朋友。最后索尼克反败为胜打倒蛋头博士,并且在湯姆利用金环打开前往蘑菇星球的传送门后,将博士送到蘑菇星球上。

这次事件过后,湯姆和麦迪决定继续留在家乡碧丘镇生活。美国政府也删除所有关于这起事件的证据,包括蛋头博士的存在记录。国防部部长到湯姆家并感谢他就这件事情保持沉默,还送了他一个橄榄园餐厅的礼券。最后,湯姆和麦迪向索尼克展示了他的新房间,他所有在洞穴的东西都被搬到这里,从此他便和湯姆一起生活。

最终,在蘑菇星球里的蛋头博士改变了造型并开始进行探险,准备归来进行他的报复计划。同时,一只外星双尾狐狸透过光环传送门来到地球,并且要寻找索尼克。