Quando criança, Molly (Tessa Thompson) presenciou a abordagem de dois agentes do MIB aos seus pais, apagando a memória deles acerca da súbita aparição de um ser extraterrestre. Como estava escondida, a garota não foi atingida pela ação. Obcecada pelos mistérios do universo, ela cresceu com o sonho de ingressar no MIB. Após muita pesquisa, ela consegue descobrir a sede da agência e lá se candidata a uma vaga, sendo aceita por O (Emma Thompson). Ainda em experiência, e agora renomeada como agente M, ela é enviada a Londres para investigar algo estranho que tem ocorrido na agência local. É quando conhece o agente H (Chris Hemsworth), de grande renome pelos seus feitos no passado mas uma certa arrogância e displicência na execução do trabalho.