四个情同手足的乌龟少年一直生活在隐秘的下水道中，在师父的训练下，他们成为了功夫高超的“忍者神龟”，渴望被人类接纳的四小只，在人类朋友艾普的帮助下，开始追踪一个神秘的犯罪集团，但随着一支强大变种生物军队的降临，同样属于变种生物的忍者神龟们知道，这下大麻烦来了……

繁华大都会美国纽约，邪恶领袖施莱德率领的大脚帮在城市内为非作歹，甚嚣尘上。安保公司老板埃里克·萨克斯推出最新安保系统，发誓维护城市的和平。第6频道女记者爱普尔·奥尼尔偶然拍到大脚帮被四名神秘侠客挫败的画面，在第二次遭遇非常事件时，她惊讶地发现四名侠客竟然是变异后的巴西龟：拉斐尔、列奥纳多、米可朗基罗、多纳泰罗。忍者神龟的名字勾起了爱普尔儿时的记忆，当年她的父亲与萨克斯正是研究生物变异实验的伙伴。她将这个消息告诉给萨克斯，可是在和忍者神龟及其老师斯普林特会面后，才发觉萨克斯与施莱德是这座城市内的罪恶之源……

城市在恢复平静后，大反派重新召集旧部卷土重来，并勾结外星恶势力朗格试图称霸地球，忍者神龟李奥纳多、拉斐尔、多纳泰罗和米开朗琪罗与女记者艾蓓丽尔·奥尼尔、弗农·芬威克，及面具义警凯西·琼斯并肩作战打击恶徒。在史莱德逃脱拘留后，他与疯狂的科学家巴克斯特斯·托克曼及其两个笨拙的左膀右臂猪面和牛头联合，发布了一个控制世界的恶魔计划。在神龟们与史莱德及其同伙对抗的同时，他们发现自己正面临着一个力量强大且更加邪恶的大反派格朗，神龟们面对的将是宇宙级的强大对手。

将施奈德回老家之后，四只原本亲如兄弟的神龟由于没有了敌人，于是不再像以往一样一起战斗，而是各自在喜欢的领域内钻研，以往一起行动的忍者神龟们变成了四个独来独往的“独行侠”！ 这时，纽约市中发生一连串的怪事。原来实业家马克西米林安•J•威特斯意图征服纽约市，秘密培养了一支远古怪兽组成的军队，加上恶名昭彰的忍者组织Foot Clan，各种黑暗势力又在城市的角落里蠢蠢欲动！ 神龟们又处于备战状态了！他们再次联合起来，准备向黑暗势力出击！

2044年的纽约，大反派朗格企图毁灭地球，大量外星人通过神秘传送门入侵。忍者神龟莱昂纳多、米开朗基罗、拉斐尔、多纳泰罗齐心协力反击敌人却败下阵来。怀抱着忍者最强武器——希望，莱昂纳多将其弟子凯西送回到过去时空，在过去时空里找到开启传送门的钥匙，阻止朗格，拯救世界。然而当凯西回到过去后，他需要面对的不仅是实力强劲的朗格，还有心智不够成熟、能力不够强大的忍者神龟们。在此实力悬殊、内忧外患的危急时刻，神龟和凯西能否重拾希望并粉碎大反派朗格的阴谋？