黑暗星球首领得知008号机器人已被快乐星球改造后，对快乐星球更加憎恨，并暗中筹划一场致命攻击。与此同时，老顽童爷爷四处寻找新的能量源，希望阻止黑暗星球称霸宇宙的野心。
周晓航是一名小学四年级学生。自从看过《快乐星球》后，他便坚信快乐星球真实存在，并决心亲自找到这个美好的地方。由于这个想法，他经常受到同学们嘲笑。暑假即将到来，周晓航和几名同学组成了暑期爱心活动小组，准备利用假期寻找快乐星球，实现自己的愿望。
一次偶然的机会，周晓航手中的一枚古币引起了老顽童爷爷和黑暗星球首领的注意。根据史料记载，古币背后隐藏着一个巨大的秘密，只是这个秘密究竟是什么，始终无人知晓。为了查明真相，老顽童派棒棒来到地球，黑暗星球首领则派出千面人接近周晓航。棒棒加入了晓航的活动小组，千面人也不断变换身份潜伏在他身边，一连串惊险而有趣的故事就此展开。
黑暗星球随后发生政变，原首领被首领二代赶出了黑暗星球。掌权后的首领二代在宇宙中接连占领黄金星球、幸福星球和光明星球，还派出冒充黄金星球孩子的豆豆潜入快乐星球内部。豆豆的行动导致快乐星球能量库被彻底摧毁，防御系统也随之瘫痪，快乐星球陷入生死存亡的危机。艾克、艾雪被首领二代抓到黑暗星球，老顽童爷爷和棒棒困在隐形实验室，冰柠檬与莲蓉包也变成了冰柱。只有多面体藏身于已经沦陷的黄金星球，因为黄金星球的人酷爱黄金，他用大量钱财换取了对方的庇护。
危急关头，周晓航和同学们挺身而出，成功激活太阳石，最终救下了快乐星球。首领二代和黑暗星球也一同消失在宇宙之中，正义再次战胜了邪恶。
作为快乐星球系列的又一部作品，本片延续了儿童剧一贯的风格，在故事中融入了具有时代气息的社会问题和教育思考，许多情节也充满诙谐趣味。影片还进一步强化了反派设定，将政治斗争、智械危机等元素加入剧情，使故事增添了更严肃的思辨色彩。首领二代是全
