在一个电闪雷鸣的日子里，身陷囹圄的一只耳成功越狱，引起黑猫警长的高度重视。次日一早，崇拜黑猫警长的小猪三嘟被伙伴大壮拉走，偷偷进入了即将开幕的翡翠之星博物馆。博物馆的前身是一座宇宙飞船，六十年前由羊山博士亲手开发。正当他们玩得不亦乐乎的时候，两个小家伙突然看见了鬼鬼祟祟的一只耳以及一个身材魁梧穷凶极恶的邪恶之人。这个家伙声称曾遭羊山博士背叛，当得知羊山博士已经去世的消息，他一腔怒火无处宣泄。狡猾的一只耳怂恿对方将复仇对象转移到全城人们，等后天博物馆开幕之际将市民全部绑架。

城市守护者黑猫警长在听说一只耳越狱出逃的消息后，立刻组织追捕。可这次追捕行动却被意外出现且拥有强大超能力的坏蛋大猿先生所破坏。隐隐有不详预感的黑猫警长在深入调查后发现，一只耳和大猿先生早已狼狈为奸，并计划着利用“翡翠之星”航天博物馆的开幕式，启动会飞的博物馆”翡翠之星”，把全城居民统统流放去宇宙！为了阻止坏蛋的行动，黑猫警长必须赶在他们之前拿到启动飞船的能源。