Leonardo, Raphael, Michelangelo y Donatello vuelven a salir de las sombras para proteger las calles de Nueva York. De nuevo, las tortugas ninja deberán enfrentarse al malvado Shredder (Brian Tee) que, tras escapar de la muerte, regresa con un perverso plan para acabar con los cuatro superhéroes. Para lograr su objetivo, el villano ha secuestrado al científico Baxter Stockman (Tyler Perry) del T.C.R.I., para así conseguir la pócima que hizo posible la mutación de las tortugas. Además, y para que luchen en sus filas, Shredder recluta a dos dos esbirros: las criaturas mutantes, Bebop y Rocksteady, con forma de rinoceronte y jabalí, con el fin de destruir a las tortugas ninja.
Por si esto fuera poco, una invasión desconocida desciende de los cielos hasta la ciudad de Nueva York, amenazando con acabar con la humanidad. Para evitar el fin del mundo, las tortugas, junto a sus amigos humanos April O’Neil (Megan Fox) y Vern Fenwick, tendrán esta vez la ayuda de otro aliado: el vigilante Casey Jones (Stephen Amell).