早在多年前，有着优良传统的黑猩猩家族就成为人类派往太空执行特殊任务的代表。如今，作为黑猩猩家族的第三代传人，汉姆三世(安迪•萨姆伯格配音)也顺理成章地被选作为继承家族优良传统的新一代太空飞行员。原因是，美国国家航空航天局NASA的价值59亿元之巨的航天探测器突然消失在浩瀚的银河之中。需要新一批训练有素的太空黑猩猩团队去调查此事。此番太空黑猩猩团队中除了汉姆三世之外，还有胆大心细的母猩猩露娜(切瑞•海恩斯配音)，以及身体强壮的泰坦(帕特里克•沃尔波顿配音)。“三人”小组在NASA进行了一番艰苦且全面的训练之后，终于踏上了远征太空的神秘之旅……第一部电影事件发生两年后，彗星（扎克·沙达饰）是一只精通科技的年轻黑猩猩，他希望被认真对待，成为一只成熟的太空黑猩猩，但哈姆（汤姆·肯尼饰）、卢娜（谢丽尔·海因斯饰）和其他黑猩猩并不把他当回事。彗星得知他因预算削减而被从上一次太空任务中除名，并计划继续下一次太空任务。彗星干扰了火箭的控制，意外地将飞船发射到太空。最终，彗星降落在马尔戈星球，在那里他第一次 见到了哈姆的外星朋友基洛瓦特（劳拉·贝利饰），并赢得了当地居民的尊重。然而，回到地球后，扎托格（约翰·迪·马吉奥饰）想要向汉姆复仇，因为他挫败了他的计划，并遇到了一位健忘的泰坦（帕特里克·沃伯顿饰），泰坦带他参观了美国宇航局总部。扎托格使用遥控器接管了任务控制中心，该遥控器可以蒸发物体，并消灭参议员（斯坦利·图齐饰）和三位科学家鲍勃博士（帕特里克·布林饰）、贾古博士（奥米德·阿布塔希饰）和普尔博士（简·林奇饰）。 。彗星在千瓦的陪伴下返回地球，哈姆则骑着喷气背包躲避扎托格。当扎托格分心时，彗星设法偷走了遥控器并对其进行了重新编程，以将参议员和科学家带回来，并缩小扎托格；扎托格逃脱了，其他人则哈哈大笑。影片最后，扎托格逃离了他之前骚扰过的一只狗，以及上一部电影中提到的来自火星任务的豚鼠。