En un vibrante mundo virtual lleno de acción y locura, un banco tímido llamado Guy lleva una vida monótona trabajando como cajero. Sin embargo, todo cambia cuando comienza a darse cuenta de que no es un ser humano corriente, sino un personaje no jugable (NPC) en un videojuego que está en constante caos. Su rutina diaria se ve interrumpida al conocer a Molotov Girl, una jugadora intrépida que, al igual que un rayo, ilumina el entorno gris en el que ha estado atrapado.

En una noche mágica en el Museo de Historia Natural de Nueva York, Larry Daley, el guardia nocturno más genial de la historia, descubre que la magia que da vida a las exposiciones está empezando a desvanecerse. Tras una serie de eventos peculiares y cómicos, se entera de que el secreto que mantiene todo en movimiento reside en un antiguo artefacto que no solo hizo posible la magia, sino que también necesita un “retoque” urgente.

En un futuro cercano, los boxeadores humanos han sido reemplazados por robots gigantes que pelean en emocionantes combates. Charlie Kenton, un ex boxeador que ha visto mejores días, intenta sobrevivir en este mundo de acero y circuitos, viajando de una pelea a otra con la esperanza de conseguir un golpe de suerte. Sin embargo, su suerte parece agotarse, y su objetivo de alcanzar la gloria se complica cuando se entera de la muerte de su exnovia y se convierte en el responsable de su hijo de 11 años, Max, a quien apenas conoce.

Cuando Larry Daley, el ex vigilante del museo de historia natural, se convierte en un exitoso empresario, piensa que sus días de aventuras nocturnas han quedado atrás. Sin embargo, el caos se desata cuando se entera de que su querido museo está a punto de ser cerrado y los valiosos artefactos serán llevados al Smithsonian Institution en Washington D.C. Pero lo que Larry no sabe es que allí, las cosas no son tan tranquilas como parecen.