Sonic the Hedgehog percubaan untuk memusnahkan asas Doktor Eggman dan mengambil tujuh Chaos Emerlads. Salah satu robot Eggman ini secara tidak sengaja menembak menggunakan mesin yang mengandungi Zamrud, yang mengaktifkan teknik "Kawalan Chaos". Hal ini menyebabkan Sonic, Eggman, dan beberapa kawan antropomorfik Sonic yang lain - Tails, Amy Rose, Cream the Rabbit (dengan Cheese Chao), Big Cat (dengan kataknya Froggy), Rouge Bat, Knuckles the Echidna, dan Chaotix (salah sebuah kumpulan anak kapal yang terdiri daripada detektif [[Espio yang] Vectors], Vektor the Crocodile, dan Charmy Bee) - terhantar ke Bumi, versi alam semesta selari dunia mereka. Sonic dikejar oleh polis, melarikan diri ke dalam kolam renang rumah agam, dan diselamatkan oleh seorang budak lelaki berumur dua belas tahun bernama Chris Thorndyke, yang tinggal di sana bersama ibunya filem-bintang Lindsey, bapa eksekutif korporat Nelson, ahli sains datuk Chuck, pembantu rumah dan chef Ella, dan pelayan Tanaka. Chris cuba untuk menyembunyikan haiwan dari keluarganya sehingga Cream sengaja mendedahkan mereka, tetapi mereka semua membina hubungan yang baik dengan keluarga dan kawan Chris; Danny, Francis, dan Helen.

Haiwan-haiwan ini masih mahu pulang ke rumah, sambil mereka berulang kali bergaduh untuk Zamrud dengan Eggman, robot pembantunya yang hiperaktif, mencari perhatian Bokkun dan Bocoe canggung dan Decoe-dan yang lebih besar, robot bersenjatanya. Eggman merancang untuk mengambil alih dunia, menangkap perhatian Presiden negara yang tidak dinamakan, jadi Knuckles, Rouge, dan ejen persekutuan Topaz kerja untuk menghentikan dia. Haiwan-haiwan yang lain tidak lama lagi menyertai peperangan itu dan, apabila Eggman dikalahkan, mereka semua dianggap sebagai wira. Walau bagaimanapun, Eggman tidak gentar membangkitkan makhluk bernama Chaos dari permata yang besar yang dikenali sebagai Master Emerald. Haiwan-haiwan berjuang pertempuran kalah untuk mendapatkan Emeralds sehingga Chaos menyerap kesemua tujuh dan menjadi gergasi, tetapi seorang gadis Echidna bernama Tikal, yang dikebumikan dirinya dan Chaos dalam beribu Master Emerald lalu, muncul untuk membantu menenangkan dia. Selepas Sonic menggunakan Chaos Emeralds menjadi Super Sonic, dia mengalahkannya Chaos, yang pulang ke Master Emerald bersama Tikal.

Tidak beberapa lama selepas itu, Eggman terjumpa diari Gerald Robotnik kepunyaan datuknya dan projek lama Gerald Shadow dalam pangkalan tentera. Setelah dibebaskan oleh Eggman, Shadow memecahkan ke dalam muzium untuk mencuri satu Emerald dan disalah anggap sebagai Sonic, menyebabkan Sonic ditangkap. Amy menyelamatkan dia, tetapi Shadow, Eggman, dan kependuaan Rouge melarikan diri dari ruang tanah jajahan ARK, di mana Eggman mengancam untuk menggunakan senjata yang dipanggil meriam Gerhana untuk memusnahkan bumi jika bumi tidak mengemukakan kepada pemerintahannya; dia menembak sehingga separuh daripada Bulan untuk membuktikan kuasanya. Eggman mengumpul Emeralds untuk memberi kuasa kepada Meriam, tetapi ini mencetuskan program Gerald ditubuhkan dekad yang lalu, yang akan memusnahkan Bumi dalam beberapa jam. Semua orang bekerja bersama-sama untuk menutupnya kecuali Shadow, yang tidak bersimpati sehingga Chris menyakinkannya. Shadow dan kuasa Sonic sehingga menggunakan Emeralds dan mengalihkan enjin ARK daripada Bumi, seolah-olah membunuh Shadow. Eggman membina semula Bulan, yang seolah-olah sudah menyesal, tetapi perubahan kedudukan bulan, mewujudkan gerhana matahari, maka dia mengeluarkan dan menjual "Sunshine Balls" untuk meniru cahaya matahari. Sonic melihat melalui motivasi tamak, dan Eggman ditangkap kerana penipuan. Bokkun mengaktifkan robot bernama Emerl, yang dengan cepat bersekutu dengan haiwan, dan Eggman melarikan diri penjara. Emerl menang satu Emerald dalam kejohanan seni mempertahankan diri yang melibatkan banyak wira dan penjahat watak-watak, tetapi dia pergi mengamuk dan mula menghancurkan bandar, jadi Cream dan Cheese perlu membinasakannya.

Kemudian, dua ahli fizik kerajaan muncul di rumah Chris untuk mengumumkan bahawa dunia haiwan dan Bumi pernah menjadi dunia tunggal telah berpecah dalam dua alam oleh peristiwa bencana, tetapi digabungkan semula, yang akan menghentikan masa tanpa boleh terpulih, dan satu-satunya cara untuk menghentikannya adalah untuk menghantar haiwan ke rumah. Tails dan Chuck mula membina sebuah pintu untuk teleport haiwan kembali ke dunia mereka sendiri bersama Kawalan Chaos, tetapi Chris tidak mahu mereka pergi. Bila telah selesai dan semua daripada binatang itu melainkan Sonic telah pergi, Chris tiba-tiba menutup mesin ke bawah dan pukul Sonic ke dalam hutan untuk menyembunyikan. Sonic adalah memahami, dan ibu bapa Chris mencari dia dan berjanji untuk menghabiskan lebih banyak masa bersama dia. Dengan persetujuan Chris, Sonic kembali ke planet sendiri, menghentikan penggabungan seluruh alam. Walau bagaimanapun, Chris berjanji bahawa satu hari nanti, dia akan berjumpa Sonic lagi.

Musim tiga bermula enam bulan kemudian. Sebuah perlumbaan robot kejam dikenali sebagai percubaan Metarex untuk mencuri Emeralds dari Sonic, tetapi dia menyerakkan mereka di seluruh galaksi. Sementara itu di Bumi, di mana enam tahun telah berlalu dan Chris kini lapan belas, Chris membina peranti lain untuk kembali ke dunia haiwan; dia menjadi dua belas sekali lagi apabila dia sampai. Seorang gadis-tumbuhan kelihatan sakit bernama Cosmo mendarat di planet mereka dan mereka memeliharanya hingga kembali sihat, jadi dia menyertai dengan mereka, dan kapal angkasa Tails baru yang mereka semua naiki, Blue Typhoon. Di atas Typhoon, mereka mengembara galaksi untuk Emeralds dan "Planet Telur" (objek yang membenarkan kehidupan untuk berkembang di planet-planet, yang mana Metarex telah curi untuk mengecilkan jumlah penduduk galaksi) dan melawan Metarex di setiap selekoh. Eggman menyertai Metarex tidak lama kemudian. Sepanjang perjalanan, Tails dan Cosmo perlahan-lahan jatuh cinta. Kemudian, Rouge mendapati Shadow hidup dalam kapsul di atas kapal Eggman dan melepaskan dia. Pada satu ketika, ia menyelamatkan Chris dari Metarex sebelum hilang, tetapi dia muncul semula dan cuba untuk membunuh Cosmo, menyebabkan kemarahan Tails. Pemimpin Metarex ini, Dark Oak, muncul dan mendedahkan bahawa Metarex dan Cosmo adalah daripada spesies yang sama dan bahawa mereka secara rahsia diimplan peranti pengesanan dalam otaknya manakala pemadam yang lain dari diri mereka; beliau telah menjadi mata-mata tidak sengaja sejak itu. Chris, Knuckles, dan Tails melihat bahawa mengeluarkan peranti akan mungkin merosakkan penglihatan dan pendengarannya selama-lamanya. Knuckles menolak untuk ia dibuang apa jua cara, melainkan Tails membantah, maka pembedahan tersebut dibatalkan dan peperangan menentang Metarex diteruskan.

Para pahlawan mencari Chaotix dan Shadow, dan semua orang ke menuju pusat alam semesta, di mana Metarex sedang mengawal planet yang diperbuat daripada air dan mengandungi Planet Egg dalam keadaan bimbang. Selepas Sonic hampir lemas di dalamnya, planet tersebut akan mula bertukar menjadi biji gergasi; yang Metarex mendedahkan bahawa, kerana mereka telah kalah dalam pertempuran, mereka akan memusnahkan galaksi dengan planet ini. Cosmo melihat satu penglihatan dari ibunya Earthia, memberitahu bahawa dia mesti mengorbankan dirinya untuk menyelamatkan yang lain. Dia bergabung bersama benih gergasi dan mengarahkan Tails menggunakan meriam Blue Typhoon untuk menembak Super Sonic dan Super Shadow kearahnya dan benih lalu memusnahkan mereka. Tails melakukannya, menangis sepanjang masa, dan menghapuskan Metarex. Kembali pada dunia haiwan, Sonic dan Shadow muncul semula dan mengakui secara terpaksa kepada Tails memaklumkan bahawa mereka tidak dapat memulihkan Cosmo dan hanya mendapat satu biji benih kepunyaannya; Cream dan Amy cuba menceriakan dia. Dengan perubahan hati, Eggman membina alat untuk Chris pulang ke rumah melainkan segera kembali kepada cara lama selepas Chris pergi. Siri ini berakhir dengan percambahan benih Cosmo dan Chris pulang.