En 1985, Doc invente une machine à voyager dans le temps. Suite à une mésaventure, son assistant Marty McFly est transporté en 1955. Afin de protéger son existence, le jeune lycéen va devoir faire en sorte que ses parents se mettent ensemble. Le souci, c'est que sa future mère est tombée amoureuse... de lui.

Doc conduit Marty en 2015 pour l'aider à corriger le futur. Malheureusement, Biff vole la DeLorean, modifiant le passé à son avantage. Marty et Doc repartent en 1955 pour tout remettre dans l'ordre.

Piégé en 1955, Marty veut sauver Doc qui a été assassiné dans le passé. Il retrouve la Delorean pour partir en 1855, à l'époque du far west, où Doc vit une nouvelle vie et sa rencontre avec Clara va la bouleverser.