De retour en 1985, Marty reçoit une lettre de son vieil ami Doc Brown. Ce dernier vit en 1885, au Far West. Il demande à Marty de le laisser finir ses jours en paix. Le hasard conduit le jeune homme devant la tombe du savant. Il découvre que Doc n'a plus que cinq jours à vivre et décide de le rejoindre...
Après un premier périple aventureux dans le passé, Marty, revenu en 1985, vit à nouveau parmi les siens. Mais son ami, le farfelu docteur Emmett Brown, ne tarde pas à le rejoindre à bord de sa fabuleuse machine à voyager dans le temps. Le savant fou somme le jeune Marty de le suivre en 2015...