Depois de impedirem que Biff alterasse o futuro da família McFly, um acidente acaba separando a dupla de aventureiros do tempo. Doc é mandado para o Velho Oeste, enquanto Marty fica preso em 1955.

Neste exato momento, Marty recebe uma carta escrita em 1885 por Doc, dizendo que estava vivendo como um ferreiro no Velho Oeste. Só que Marty, revirando velhos registros, descobre que Doc. havia sido assassinado naquela época por "Mad Dog" Tunnen, um antepassado de Biff.

Ajudado pelo Doc de 1955, Marty decide então interferir e voltar ainda mais no tempo; para o dia 2 de setembro de 1885, tendo apenas 5 dias para mudar aquela versão da vida do Dr. Brown.

É aí que se inicia a grande aventura desse 3º filme. Marty McFly se encontra com o Dr. Brown, conhece seus tataravôs Seamous McFly e Maggie McFly e o filho deles, William McFly (o primeiro McFly nascido na América) e ainda se mete num duelo com Bufford "Mad Dog" Tannen, o bisavô de Biff Tannen. Enquanto isso o Dr. Brown se apaixona pela professora Clara Clayton, vivendo um amor intertemporal. Esta terceira parte da aventura mostra como pode ser divertido e extremamente perigoso mexer com o tempo.

Num ritmo alucinante, este filme mostra uma dupla de homens do futuro tentando sobreviver numa terra sem lei, onde a emoção e o romance podem viver juntos.