Sonic the Hedgehog 3 membawa kita kembali ke dunia cepat dan penuh aksi bersama Sonic, landak biru kesayangan kita, dan teman-temannya, Tails dan Knuckles. Kali ini, petualangan mereka menjadi lebih kompleks dan emosional dengan kedatangan Shadow the Hedgehog, sosok misterius dari masa lalu yang menyimpan dendam mendalam terhadap umat manusia.
Kisah dimulai jauh di tahun 1974, ketika sebuah meteorit jatuh di Oklahoma dan membawa bersamanya Shadow, landak alien dengan kekuatan luar biasa. Shadow menjadi subjek eksperimen Profesor Gerald Robotnik di fasilitas rahasia G.U.N. Di sana, ia menjalin persahabatan erat dengan Maria, cucu Gerald. Namun, tragedi menimpa ketika Maria terbunuh dalam sebuah insiden saat mereka mencoba melarikan diri. Gerald dipenjara, dan Shadow dibekukan dalam keadaan suspended animation.
Lima puluh tahun kemudian, di tahun 2024, seseorang tak dikenal meretas sistem penjara G.U.N. dan membebaskan Shadow yang penuh amarah. Sementara itu, di Green Hills, Montana, Sonic dan teman-temannya menikmati kehidupan damai bersama keluarga Wachowski. Kedamaian ini terusik ketika Direktur Rockwell dari G.U.N. datang dan merekrut Team Sonic untuk menangkap Shadow di Tokyo. Namun, Shadow terlalu kuat dan berhasil melarikan diri.
Team Sonic kemudian bertemu dengan Komandan Walters yang mengungkap masa lalu Shadow dan hubungannya dengan Gerald Robotnik. Tiba-tiba, serangan drone Dr. Ivo Robotnik melukai Walters parah. Sebelum meninggal, Walters memberikan kartu kunci kepada Sonic. Team Sonic memutuskan untuk mencari Shadow sendiri, sementara Rockwell, yang menyadari hilangnya kartu kunci, berbalik melawan mereka.
Petunjuk membawa Team Sonic bertemu dengan Agent Stone, asisten Ivo, yang mengaku tidak terlibat dalam serangan. Mereka membentuk aliansi yang tidak nyaman dengan Ivo dan melacak drone curian ke fasilitas G.U.N. yang terbengkalai. Di sana, mereka bertemu dengan Gerald Robotnik, kakek Ivo yang ternyata dalang di balik pelarian Shadow dan pencurian drone.
Gerald mengungkapkan rencananya untuk menggunakan Eclipse Cannon, senjata laser luar angkasa yang ia rancang untuk G.U.N., untuk menghancurkan markas G.U.N. di London sebagai balas dendam atas kematian Maria. Ivo setuju untuk bergabung dengan kakeknya. Shadow mengambil kartu kunci dari Tails dan mengaktifkan black hole mini untuk menghancurkan markas tersebut sebelum mereka pergi.
Team Sonic berhasil melarikan diri dan merekrut Tom dan Maddie untuk membantu mencuri kartu kunci kedua dari markas G.U.N. Mereka harus berhadapan dengan Robotnik dan Rockwell. Tom berhasil mendapatkan kartu kunci dengan menyamar sebagai Walters, tetapi Shadow mengetahui penyamarannya, melukai Tom, dan mengambil kartu kunci tersebut. Robotnik berhasil meluncurkan Eclipse Cannon.
Marah, Sonic meninggalkan Tails dan Knuckles, mencuri Master Emerald, dan berubah menjadi Super Sonic menggunakan tujuh Chaos Emeralds yang ada di dalamnya. Sonic menghadapi Shadow, yang juga berubah menjadi Super Shadow. Setelah pertarungan sengit, Sonic berhasil mengalahkan Shadow. Sonic berbicara tentang kehilangan Longclaw, walinya, dan menyadarkan Shadow bahwa cinta lebih penting daripada balas dendam. Shadow berubah pikiran dan setuju membantu menghentikan Eclipse Cannon.
Di Eclipse Cannon, Gerald berniat menghancurkan Bumi. Ivo yang ngeri mencoba membatalkan urutan penembakan, tetapi Gerald menghancurkan konsol kendali. Tails dan Knuckles datang membantu, dan mereka berhasil menjatuhkan Gerald ke inti reaktor, membuatnya tewas. Sonic dan Shadow berusaha menahan tembakan meriam, sementara Ivo, Tails, dan Knuckles mengarahkan meriam menjauh dari Bumi, secara tidak sengaja memotong sebagian Bulan.
Sonic kehilangan wujud super dan kesadarannya. Tails dan Knuckles menyelamatkan Sonic menggunakan ring portal kembali ke Green Hills. Inti meriam mulai meleleh, Ivo membuat pengumuman terakhir mengakui Stone sebagai satu-satunya temannya sebelum ia dan Shadow mengorbankan diri untuk menjauhkan meriam dari Bumi sebelum meledak. Sonic berbaikan dengan Tails dan Knuckles, dan Tom pulih dari lukanya.
Namun, kejutan belum berakhir! Saat balapan dengan Tails dan Knuckles, Sonic secara tidak sengaja terdampar di New York dan disergap oleh pasukan robot Metal Sonic. Untungnya, Amy Rose muncul menyelamatkannya. Di tempat lain, Shadow ternyata selamat dari ledakan Eclipse Cannon, menandakan petualangan mereka mungkin belum berakhir.
