故事承接《奇趣特工队》系列动画第二季凯奇、闪电猫、艾尔、嘟嘟公主，四名超能小英雄组成的奇趣特工队一如既往保护着小镇和平。然而一天，来自未来的少女青青突然出现，并向特工们传达了一件紧急状况。一名未来世界的坏蛋柠檬博士，企图穿越时空捣乱破坏所有关键时刻。为了保护世界，奇趣特工队义不容辞。他们化身超时空奇兵，乘上时空飞船，一起出发回到不同地域不同时代的过去，并和各个时代的伟人名人并肩合作，展开了一场了解过去，守护过去，拯救过去的时空大作战。