Einige Monate nach dem Sieg über Dr. Robotnik lebt Sonic bei Tom und Maddie Wachowski und versucht, als Superheld zu agieren. Als Tom und Maddie nach Hawaii zur Hochzeit von Rachels Schwester reisen, wird Sonic von Dr. Robotnik (Jim Carrey) angegriffen, der mit Knuckles the Echidna (Idris Elba) zurückgekehrt ist, um den legendären Master Emerald zu finden. Miles "Tails" Prower (Colleen O’Shaughnessey), ein zweischwänziger Fuchs, rettet Sonic und hilft ihm, den Master Emerald vor Robotnik und Knuckles zu finden. Die Suche führt sie zu einem Tempel in Sibirien und schließlich nach Hawaii. Es stellt sich heraus, dass Rachels Verlobter und die Hochzeitsgäste Undercoveragenten von G.U.N. sind. Robotnik gelingt es, den Master Emerald zu stehlen und große Macht zu erlangen, indem er einen riesigen Roboter, den Death Egg Robot, erschafft. Sonic, Tails und Knuckles stellen sich einem letzten großen Kampf...