詹姆斯·古恩执导的这部电影讲述了护卫队的队员们刚开始准备在一片荒芜的土地上定居，但是亚当的一次袭击打乱了他们的计划，让火箭浣熊身受重创，银河护卫队又一次集合了所有人去做一个非常冒险的任务。在救治火箭浣熊的过程中，他们还发现了一些黑暗背后的秘密。

在《银河护卫队3》中，火箭浣熊是反派科学家至高进化的高级试验品，目的在于建立由进化而来的动物构成秩序。在被改造的过程中，火箭浣熊用它那惊人的智慧指出了其试验中的错误，但是却惹怒了他，想要取走它的大脑进行研究然后销毁这里的一切。火箭浣熊和它的动物伙伴们一起越狱，从组装门逃脱，但是被他发现了，并将它的三个伙伴杀死了，火箭浣熊猛冲向他并逃了出去。

数年之后，护卫队在知无领域重新建立了新的基地，但是却遭遇了反派至高进化的搜索和阿耶莎的复仇行动。火箭受伤重伤，银河护卫队到奥果领域去搜索覆盖码，并在卡魔拉和掠夺者的帮助下顺利取回了火箭的文件。他们查到了火箭曾经被改造过的资料，于是他们决定跟踪希席尔并向实验中心进发，但是遭到了阿耶莎和亚当的追击。

影片中护卫队在这里发现了至高进化的实验中心，但是星云，螳螂女以及德拉克斯都不小心闯了进来并触发了破坏实验中心的计划。卡魔拉击败了猪战士并激活了飞船，奎尔和格鲁特抓住了席尔并夺取了大脑密码。亚当意识到他的妈妈阿耶莎正处于危险之中，但是当他到达的时候，她已经在爆炸中丧生了。

在危险时刻，火箭遇见了幻想中的动物伙伴，但是它决定要去执行完它的任务。奎尔拯救了火箭浣熊并且成功地覆盖了密码，停止了杀戮使它醒来。在反派的实验中心，护卫队人员遇到了高智商的银发小孩并被抓住，但被螳螂女感化顺利逃脱。护卫队击败了反派的部队，同时这名反派消灭了控制室。

克拉格林驾驶着无知领域与科斯莫赶来并与护卫队汇合，科斯莫用念力将两架飞行器相连，莫恩和克拉格林一起拯救那些被俘虏的孩子。火箭找到了小浣熊以及其它的实验动物，但是却遭到了反派至高进化的袭击。科斯莫用念力把知无领域和反派的飞船连接起来，大部分的护卫队人员都登上了克拉格林的飞船，但是奎尔为了拿回Zune重新回到反派的飞船里，两艘飞船之间的联系中断，奎尔掉到了太空中，但被亚当所救。

在影片的最后，奎尔重新组建了银河护卫队并且任命火箭为队长。他自己回了一趟地球看望爷爷，卡魔拉和掠夺者重逢，而星云与克拉格林留在了那里照顾孩子们。在最后的彩蛋中，新的银河护卫队由火箭、格鲁特、克拉格林、科斯莫、亚当、菲拉和布鲁普所构成，在接下来的日子里继续执行秘密任务。结尾屏幕上出现了“传奇星爵”即将回归的字样。