很久以前，智慧老人用神奇的科技手段创造出一对机器人——海尔兄弟，甚至不惜牺牲自己的生命以赋予这对兄弟灵性。为解决人类面临的灾难，拯救地球，揭开无尽的自然之谜，海尔兄弟与他们的朋友从太平洋出发，踏上环游世界的征程。从太平洋到北极，穿越五大洲，终于通过古代丝绸之路来到中国，一路上，海尔兄弟曾用热气球帮助火山岛居民脱险，在穿越大洋时战胜过疯狂生长的马尾藻，打败了飞蟒与海盗，拯救过土著小孩，经历过红海、死海的考验，也遭遇过喀斯特地形的作怪。终于，海尔兄弟来到中国，开始了他们梦寐以求的对中华文明的探索。
九重天危机后，世界又恢复了一派安宁景象。当今社会，手机、电脑等电子设备成为了人们的生活必需品，网络信号覆盖全球。有很多人沉迷其中，忽略现实生活，导致生理、心理疾病，甚至道德败坏。这成为了现代社会的顽疾，也让地球成为了黑暗势力的新目标。病毒机械兽来袭地球，散播黑晶，黑晶像蒲公英一样飘入人们的电子设备屏幕里，吸收能量后吞噬屏幕面前的人，使普通人变成黑士兵，而一些沉迷网络，或有网络恶习的人变成机械兽。
平静的一天，喜羊羊、沸羊羊在追逐一个神秘之人的过程中遭到了灰太狼以及恐怖的机械龙的攻击。在此之后，他们得到来自龙乐园的5个小家伙：变色龙、钻地龙、朦龙龙、七窍玲龙和轰龙龙的救助。从小龙的口中得知，龙乐园遭到机械龙无情的袭击，另一国度的危机也间接影响到了宁静祥和的青青大草原。与此同时，喜羊羊的父母也在时空旅行中遭遇意外。为了让龙乐园和青青大草原恢复原状，也为了拯救智羊羊和丽羊羊，羊村的小伙伴全副武装前往龙乐园寻找传说中的龙笛。原本打算去丈母娘家避难的灰太狼，也意外卷入了这场新的冒险之中…… 本片为动画片《喜羊羊与灰太狼》第4部剧场版。
