Действие фильма происходит в США в двух временных линиях: в 2012 году и в 1969 году. В события вовлечено агентство «Люди в чёрном», секретная организация, ведающая делами пришельцев на Земле.

Межгалактический уголовник Борис Животное (Джемейн Клемент), представитель расы боглодитов, инопланетных захватчиков, уничтожавших целые миры, с помощью своей сообщницы Лилли (Николь Шерзингер) сбегает из Лунной тюрьмы и намерен вернуться в прошлое, чтобы убить агента Кея (Томми Ли Джонс). Более, чем сорок лет назад, 16 июля 1969 года молодой агент Кей лишил Бориса руки и арестовал его. После преследования и перестрелки с агентами Борису удаётся бежать, и Кей сожалеет, что в прошлом не убил его. Он возвращается к себе на квартиру, где его следы исчезают. Агент Джей (Уилл Смит) помнит Кея живым, но для всех «Людей в чёрном» он мёртв с 1969 года. Агент O (Эмма Томпсон) и Джей приходят к выводу, что переворот произошёл в пространственно-временном континууме. Оба они понимают, что Борис, сбежав из тюрьмы, стал каким-то образом причастен к происшедшему. Боглодиты начинают массированное вторжение на Землю, так как защитное устройство «АркНет» не было установлено в 1969 году из-за смерти Кея.