Petualangan detektif legendaris Axel Foley berlanjut dalam “Beverly Hills Cop: Axel F”. Kali ini, Axel, yang masih menjadi detektif di Detroit di bawah pengawasan temannya, Wakil Kepala Polisi Jeffrey Friedman, terlibat dalam sebuah pengejaran berisiko tinggi. Saat mengejar sekelompok pencuri yang menjarah ruang ganti tim Detroit Red Wings, ulahnya menyebabkan kerusakan signifikan di kota. Untuk melindungi Axel dari sanksi, Jeffrey memutuskan untuk pensiun dan mendorong Axel untuk memperbaiki hubungannya yang renggang dengan putrinya, Jane Saunders, seorang pengacara pembela di Los Angeles.
Di saat yang sama, Axel juga menerima telepon dari Billy Rosewood, yang kini bekerja sebagai detektif swasta setelah berselisih dengan John Taggart. Rosewood memperingatkan Axel bahwa nyawa Jane dalam bahaya. Ternyata, Rosewood selama ini membantu Jane yang membela Sam Enriquez, seseorang yang dijebak atas pembunuhan petugas penyamaran bernama Copeland. Setelah panggilan telepon itu, Rosewood berhasil mengambil bukti dari kendaraan tempat pembunuhan terjadi, namun sayangnya dia diculik oleh kartel.
Khawatir karena Rosewood tidak bisa dihubungi, Axel segera kembali ke Beverly Hills. Dia mengunjungi kantor Rosewood dan menemukan sekelompok orang mencurigakan sedang mencari sesuatu. Axel berhasil mengambil selembar halaman dari buku agenda pribadi Rosewood sebelum dikejar dan akhirnya ditangkap setelah kejar-kejaran di Rodeo Drive. Di Departemen Kepolisian Beverly Hills, Axel bertemu dengan Detektif Bobby Abbott, mantan kekasih Jane, dan bersatu kembali dengan Taggart, yang kini menjabat sebagai Kepala Polisi. Taggart memperkenalkan Axel kepada Kapten Cade Grant, orang yang pernah dibimbingnya. Namun, Axel langsung tidak mempercayai Grant karena penampilannya yang terlalu mewah untuk seorang petugas polisi.
Jane datang untuk menjamin ayahnya, tetapi masih menolak upaya Axel untuk kembali dekat dengannya. Terungkap bahwa bertahun-tahun lalu, saat investigasi mafia Detroit, Axel dan keluarganya diancam, menyebabkan Jane dan ibunya pindah ke Los Angeles dan pernikahan mereka berakhir dengan perceraian. Bersama Jane, Axel berhasil mendapatkan kembali kamera dari mobil tempat Copeland dibunuh dan menyimpulkan bahwa kelompok Grant mencari kartu SD berisi bukti. Keesokan harinya, mereka disergap di Wilshire Boulevard tetapi diselamatkan oleh Abbott dalam baku tembak. Axel mempertanyakan Taggart mengenai kepemimpinannya dan kecurigaannya terhadap Grant, namun Taggart dengan keras membela Grant dan timnya, mengusir Axel, dan menskors Abbott.
Alamat yang ditemukan Axel di agenda Rosewood ternyata adalah sebuah rumah mewah milik Grant yang digunakan untuk operasi pencucian uang kartel. Axel meminta bantuan temannya, Serge, untuk menyusup ke rumah tersebut dengan berpura-pura menjadi calon pembeli properi di sebelahnya. Di sana, Axel menemukan lebih banyak bukti yang terhubung dengan pembunuhan Copeland. Grant segera diberitahu melalui pengawasan. Setelah berdebat dengan Jane, Axel dan Abbott mencari bantuan dari paman Enriquez, Chalino, kepala kartel. Chalino memberitahu mereka bahwa Grant membantu melindungi kartel dan mengungkapkan bahwa pengiriman narkoba akan berangkat dari pelabuhan malam itu. Grant menjebak dan menangkap Abbott dan Axel atas tuduhan kepemilikan narkoba. Axel berhasil melarikan diri dan mencuri helikopter dengan bantuan Abbott yang enggan. Mereka terbang ke kantor polisi Beverly Hills, di mana Grant menembak rotor helikopter, menyebabkan mereka jatuh tetapi selamat. Taggart menyaksikan kejadian itu dan yakin akan korupsi dalam timnya sendiri. Dia setuju membantu Jane dalam penyelidikan yang tertunda, namun Jane kemudian diculik oleh anak buah Grant.
Axel dan Abbott menuju pelabuhan tempat kartel beroperasi. Mereka menemukan Rosewood disekap di sana, membebaskannya, dan bersiap mengambil kartu SD yang disembunyikan Rosewood di pisaunya saat Grant menelepon dan mengumumkan bahwa dia menyandera Jane. Dengan bantuan Jeffrey, ketiganya melacak lokasi Jane di rumah mewah kartel.
Axel, Rosewood, Abbott, dan Taggart terlibat dalam baku tembak sengit melawan pasukan kartel Grant. Selama baku tembak, Jane berhasil melarikan diri. Axel berhadapan langsung dengan Grant; Axel tertembak saat melindungi Jane, dan Grant tertembak di kepala oleh Abbott. Setelah insiden itu, Rosewood dan Taggart berdamai. Dengan bukti yang ditemukan, tuduhan terhadap Enriquez dicabut, dan selama dirawat di rumah sakit, Axel berdamai dengan Jane. Beberapa hari kemudian, Axel kembali berkumpul dengan Rosewood dan Taggart, yang ternyata sedang berjaga untuk memastikan Axel menyelesaikan masa rawat inapnya; Axel berhasil membujuk keduanya untuk pergi makan malam bersamanya.
