In Sonic the Hedgehog 3 begeben sich Sonic und seine Freunde – Tails und Knuckles – auf ein neues und gefährliches Abenteuer, während Dr. Robotnik (Jim Carrey) mit einem finstereren Plan als je zuvor zurückkehrt. Diesmal gehen Robotniks Ambitionen über die Eroberung der Erde hinaus; Er versucht, die Energie eines mysteriösen kosmischen Phänomens zu nutzen, das das Gefüge des Universums verändern kann.
Zu Robotnik gesellt sich Shadow the Hedgehog, ein beeindruckender Rivale mit überlegenen Fähigkeiten und einer mysteriösen Verbindung zu Sonics eigener Herkunft. Während Sonic gegen Shadow antritt, muss er auch beweisen, dass die Kraft der Freundschaft und des Vertrauens jedes Hindernis überwinden kann.