青青草原即將轉型高科技城市，在陽光明媚的一天，喜羊羊（祖晴配音）、美羊羊（鄧玉婷配音）、懶羊羊（梁穎配音）等小伙伴們準備挖個洞埋進時間膠囊作為紀念，連他們的死對頭灰太狼（張琳配音）也積極參與進來。突然巨大的爆炸聲破壞祥和氣氛，草原中央出現隕石坑，在黑色十字狀石頭周圍形成神秘空間。黃昏時分眾人在廣場合影等候煙花表演，與灰太狼追逐打鬧的喜羊羊意外發現全身機械化的神秘人剔博士——對方手持那塊黑色石頭并啟動時空裝置。伴隨強光閃爍，喜羊羊、美羊羊等七人連同灰太狼被卷入時空漩渦，來到15年后的荒蕪草原。在這個科技失控的未來世界里，他們發現剔博士妄圖通過改造歷史實現統治野心。為阻止其陰謀并修復時空錯亂，伙伴們借助智能裝備展開冒險，在多次交鋒中發現石頭實為開啟時空之門的關鍵。最終眾人合力挫敗剔博士計劃，利用裝置能量重返原本時空，在煙花綻放的夜空下完成最初的時間膠囊封存儀式。
