灰太狼受神秘人袭击后被抓走，小羊们根据蛛丝马迹将他寻回，却发现灰太狼眼神变得空洞呆滞，疑似大脑受到损伤。为解救同伴，喜羊羊带着伙伴们借助灰太狼发明的“脑波机”进入到灰太狼的大脑世界，他们在脑海里一个个光怪陆离的区域中历险…

神秘的外太空，出现了全新外星大反派！智羊羊与丽羊羊再次出现，喜羊羊妹妹首度亮相？全新的角色、发明、剧情，羊羊们这次该如何化解危机？