《刺猬索尼克》改编自世嘉公司出品的风靡全球的电子游戏。索尼克（本·施瓦兹BenSchwartz配音）是一只蓝色的刺猬，原本快乐的生活在自己的星球上。然而，邪恶的势力觊觎索尼克所拥有了超快速度，想要将这一门绝技夺走，为了保护索尼克，善良的猫头鹰养母给了索尼克一包魔力环，它可以帮助索尼克传送到安全的星球上。就这样，索尼克来到了地球，降落在了位于蒙大拿州的青山市。起初，索尼克在这里生活的非常惬意，并且结交了一批好友。当政府发现了索尼克的存在后，一切都变得复杂起来。政府派出了邪恶的科学家蛋头博士（金·凯瑞JimCarrey饰），命令他捉住索尼克，对他进行可怕的科学研究。为了躲避蛋头博士的追捕，索尼克和警长汤姆（詹姆斯·麦斯登JamesMarsden饰）必须前往旧金山，取得丢在那里的魔力环。

在遥远的星球上，能够以超音速奔跑的拟人化幼年蓝色刺猬索尼克，意外遭到针鼹部落的袭击。他的监护人是一只名叫长爪的拟人猫头鹰，给了他一袋曲速环，可以打开通往其他行星的门户。她用一颗将他送到地球，而她则留下来抵挡针鼹，将索尼克留在后面。

十年后，索尼克在蒙大拿州格林希尔斯的乡村小镇过着秘密的生活，但渴望结交朋友。他崇拜当地警长汤姆·沃卓斯基(TomWachowski)和他的妻子玛蒂(Maddie)，却不知道他们将搬到旧金山，因为汤姆计划接受SFPD的职位。

一天晚上，索尼克独自打棒球时感到孤独，在高速奔跑时意外触发电磁脉冲，导致太平洋西北地区大面积停电。美国国防部不情愿地聘请了古怪的机器人学家和科学天才机器人博士来确定原因。看到自己遭到追捕，索尼克不情愿地计划离开地球，前往另一个仅由真菌组成的星球。然而，汤姆在他的棚子里发现了索尼克并给他注射了镇静剂，导致索尼克不小心将他的戒指袋从通向泛美金字塔的传送门掉了下来。在读完汤姆衬衫上的字后，在昏倒之前，他在塔楼的屋顶上。汤姆犹豫不决地同意帮助索尼克和两人逃跑，但机器人尼克却错误地将汤姆贴上了国内恐怖分子的标签。两人慢慢建立了联系，汤姆也谈到了索尼克对朋友的渴望。索尼克创建了一个愿望清单，汤姆帮助他完成了旅途中的几个条目。

与此同时，机器人尼克发现索尼克的一支羽毛笔拥有几乎无限量的电能，并计划捕获索尼克以将他的力量用于他的机器。在追踪他们的过程中，索尼克和汤姆成功击退了机器人派出的几架机械化无人机，但索尼克在战斗中受伤。

抵达旧金山后，汤姆将索尼克带到玛蒂身边，玛蒂在姐姐瑞秋的家中接待了他。索尼克收到了一双新的红色运动鞋来代替他损坏的运动鞋。当机器人尼克乘坐由羽毛笔驱动的先进攻击气垫船抵达时，一行人前往塔顶并取回戒指。索尼克击退了机器人尼克的无人机，并匆忙使用他的一枚传送戒指将汤姆和麦迪送回绿山保护他们；然而，机器人尼克利用羽毛笔的力量来匹配索尼克的速度。索尼克利用扭曲环与机器人尼克进行了一场跨越世界的追逐，然后机器人尼克在绿山制服了索尼克。汤姆和镇民介入，汤姆承认索尼克是他的朋友，使索尼克重新获得了权力。索尼克从机器人尼克手中夺回了羽毛笔的力量，削弱了机器人尼克的气垫船。

事件发生后，汤姆和麦迪决定留在格林希尔斯，让索尼克和他们住在一起，把他当作代孕儿子。政府删除了所有事件证据，包括机器人存在的记录。三个月后，机器人尼克仍然拥有索尼克的羽毛笔和从气垫船残骸中打捞出来的可用设备，计划返回并向索尼克、汤姆和麦迪复仇。