Après s'être involontairement retrouvé dans les années 1950, Marty McFly est de nouveau dans son époque, malgré quelques modifications apportées à sa famille (suite aux recommandations qu'il a faites à ses parents au cours du premier opus).
Il reçoit la visite surprise du docteur Brown, qui arrive devant sa porte avec la DeLorean alors qu'il s'apprêtait à faire une balade avec Jennifer dans son nouveau 4x4. Après avoir fait un voyage dans le futur, « Doc » informe Jennifer et Marty que leur descendance est en danger. Pour la sauver, Doc conduit Jennifer et Marty en 2015 afin d'empêcher le pire : leur fils Marty McFly Junior s'apprête bien malgré lui à être le complice de Griff Tannen, petit-fils de Biff, dans une tentative de vol au centre commercial de Hill Valley. Toutefois, en arrivant dans cette époque, Doc est obligé de « neutraliser » Jennifer pour permettre à Marty d'accomplir sa tâche. Marty doit se rendre dans le café 80's, prendre l'apparence de son fils Marty Junior et indiquer à Griff son refus de coopération pour le hold-up. Cependant son fils débarque dans le café car Doc n'a pas pu le neutraliser. Marty parvient néanmoins à prendre la place de son fils et provoque le jeune Griff qui le poursuit en hoverboard à travers Hill Valley.
La course poursuite est finalement stoppée lorsque Griff et sa bande s'encastrent dans l'horloge de la ville. Le gang est arrêté par la police et le futur est « réparé ». Le casse n'ayant pas lieu, le fils de Marty n'est pas emprisonné et sa fille n'ira pas non plus en prison en essayant de sauver son frère. Appâté par le gain, Marty achète un almanach des sports retraçant l'ensemble des victoires sportives survenues depuis les années 1950 jusque dans les années 2000 avec l'intention de s'enrichir en rentrant dans son époque. Doc le dissuadant de le faire, l'almanach des sports est jeté dans une poubelle sous les yeux du vieux Biff Tannen.
Ce qui suit dévoile des moments clés de l’intrigue.
Ce dernier s'en empare, suit la DeLorean et la dérobe à l'insu de Doc et Marty, qui sont en train de récupérer Jennifer à Hilldale. Il remonte dans le passé afin de se donner l'almanach à lui-même plus jeune. Puis il revient en 2015 avec la machine à voyager et la dépose à l'endroit-même où il l'avait prise avant que Doc et Marty s'en aperçoivent.
Que Marty et Doc vont-ils découvrir en rentrant dans ce nouveau 1985 avec Jennifer ? Qu'a fait le vieux Biff Tannen (celui de 2015) avec l'almanach ? Et à quelle époque ?
Lorsqu'il revient en 1985, en apparence tout est redevenu comme avant... Marty remarque cependant en reposant Jennifer chez elle qu'une de ses fenêtres a des barreaux qu'il n'avait jamais remarqués avant. Il tente de rentrer ensuite par la porte arrière de sa maison mais celle-ci est fermée par un cadenas. Il l'enjambe et pénètre dans sa chambre mais il tombe nez à nez avec une famille qu'il ne connait pas. Il s'enfuit et découvre réellement la nature de ce 1985. Hill Valley est devenu « Hell's Valley » (littéralement « la vallée de l'enfer »), ville cauchemardesque, refuge de criminels et de crapules (sur le modèle de Los Angeles dans Los Angeles 2013), entièrement aux mains de Biff Tannen, richissime homme d'affaire qui a construit sa fortune en pariant aux jeux. Il se rend compte également que sa mère vit dans le gratte-ciel de Biff, qu'elle a épousé. Il apprend également que son père a été tué « accidentellement » et qu'il repose dans le cimetière de la ville de la Vieille Charité. Il s'y rend, trouve la tombe de son père et rencontre Doc qui lui explique toute l'histoire. Les deux amis sont bien rentrés en 1985 mais dans un autre 1985 que celui qu'ils connaissaient tous les deux. Doc, en inspectant la DeLorean, retrouve le pommeau de la canne du vieux Biff, le sachet et le ticket de caisse de l'almanach. En fouillant dans les archives de la bibliothèque municipale, il découvre les articles concernant l'ascension de Biff et retrouve sur une photographie l'almanach des sports. Doc explique à Marty ce qu'ils vont devoir faire. Marty doit savoir dans quelles circonstances précises et dans quel lieu le vieux Biff s'est donné l'almanach dans le passé. En effet, empêcher Biff de revenir dans le passé est impossible, la réalité parallèle dans laquelle ils se trouvent tous les deux est effective. S'ils retournent dans le futur, ils retourneront dans le futur dominé par Biff et non celui dans lequel ils étaient tous les deux auparavant. De retour dans l'immeuble imposant de Biff, Marty provoque Biff en lui demandant de but en blanc les informations concernant l'almanach.
Biff lui explique qu'il aurait eu l'almanach le 12 novembre 1955 (le jour où Marty allait repartir en 1985 dans le premier opus). Malheureusement le vieux Biff avait prévenu son double qu'un savant ou un gamin lui poserait des questions sur le précieux livre, et que au cas où ça se produirait il devrait le « descendre ». Marty réussit à échapper à Biff et à sa bande, et est sauvé par Doc. Il raconte à ce dernier tout ce que Biff lui a révélé et tous deux repartent pour le matin du 12 novembre 1955. Marty repère Biff en ville et se glisse en cachette à l'arrière de sa voiture. Le vieux Biff fait alors son apparition et montre au jeune Biff le pouvoir de l'almanach. Marty qui est à présent enfermé avec la voiture de Biff dans le garage de ce dernier n'a plus qu'a attendre. Le soir, Biff revient chercher sa voiture pour aller au bal de l'école, Marty voit son père, le jeune George McFly, étendre Biff et il en profite pour lui voler l'almanach, il prévient Doc grâce à un talkie-walkie de l'exploit qu'il vient de réaliser. Malheureusement Biff retrouve Marty et s'empare à nouveau du livre. Marty se rend sur le toit du lycée, là où l'attendent Doc et la DeLorean. Il explique à son ami que Biff lui a repris l'almanach. Tout est à refaire, Marty se sert de l'« hoverboard » qu'il avait ramené de son voyage dans le futur pour reprendre l'almanach de justesse avant que la voiture de Biff ne s'encastre pour la deuxième fois dans un camion de fumier. Marty, sous les ordres de Doc qui essaie de faire atterrir la DeLorean, doit brûler l'almanach. Tout est rentré dans l'ordre.
Tout à coup un éclair frappe Doc et la DeLorean de plein fouet et la machine disparaît. Une voiture surgit alors dans l'obscurité de la nuit, et le conducteur en sort en disant qu'il a une lettre pour un certain « Marty Mcfly ». Il s'agit en fait d'une lettre de Doc qui explique qu'il est en bonne santé en l'an de 1885. Au final Marty retrouve le Doc de 1955 qui vient d'assister au départ du double de Marty pour 1985 et lui explique qu'il est « de retour du futur », avant que le Doc de 1955 finisse par s'évanouir !
Fin des révélations.
