地球并非人类独有的世界，实际上已有数千名外星人融入人类生活，星际移民局负责处理与外星人相关事务。因外层空间灾难频发，大量外星人来地球避难。美国移民规划局为此设立绝对机密的六处，在此工作的人员身着黑色西装、佩戴墨镜，被称为“黑衣人”。 经验丰富的“黑衣人”K探员（汤米·李·琼斯 饰）收到线报，迅速前往边境沙漠，拦下一辆偷越国境的卡车。他轻松识别出车上的外星人和被外星人控制灵魂的地球人，用特制类似手电筒的仪器消除地球人关于与外星人相遇的记忆，随后将外星人带往总部。根据移民规划局指示，这些外星人可留地球，但需化身为地球动物，以免引发大规模恐慌。 与此同时，一名纽约警察在追捕罪犯，该罪犯是具备天才运动员素质的外星移民。罪犯以极快速度穿越曼哈顿，跑到古根海姆博物馆屋顶，宣称世界末日将至，随后纵身跳下。 这名纽约警察很快被K探员招募进“黑衣人”队伍，成为J探员（威尔·史密斯 饰）。K探员急需J探员协助，共同对抗“吸血魔鬼”埃德加。埃德加原本是脾气暴躁的农夫，与UFO发生“第三类接触”后被邪恶虫族外星人控制。虫族外星人伪装成埃德加（文森特·多诺费奥 饰）来到纽约曼哈顿，以熟食店员工身份刺杀了原外星人首领亚基伦王子罗斯伯，获取了拥有无穷威力的“银河钻石”，这意味着银河系将落入坏蛋之手。 关键时刻，专注研究外星人的医学家劳瑞尔（弗瑞德里克·林恩 饰）发现行踪多变的埃德加，一路追踪到纽约世界博览会旧址，这里已被外星人改造成宇宙飞船。K探员和J探员及时赶到，与变成巨型昆虫的埃德加展开激战，最终粉碎了对方的邪恶阴谋。