神奇阿呦第二部全集故事讲述的是在神奇阿呦第一季最后一集中阿呦为了给小米去掉颜料，前往别的星球，机器流星人利用阿呦的善心逃脱，却引来了一个真正的流星人阿巴。阿呦把流星人阿巴带回小米家，但小米嫌它吵，阿巴就跑出去了。阿巴觉得实现别人的愿望很难，很伤心，想要回宇宙。
伍六七接到神秘任务过程中却意外丧失记忆，为了唤醒记忆，伍六七去到过往记忆发生的地方见到记忆相关的人，其身世之谜也随之逐渐浮出水面。
小黑怪等黑暗势力的计划屡次被星猫和他的伙伴们粉碎，黑魔王大发雷霆。为了尽快搜集更大量的精神之光来解开自己身上的封印，黑魔王焦急地授意小黑怪去破坏孕育中华民族五千年文明的河流，并一路毁坏那些跟中华文明有关的事物。同时星猫带领的宇宙警卫队察觉到黑魔王的这次阴谋，决定阻止他们的破坏行动，保卫中华文明的发祥地，维护世界的和平。正义与邪恶的较量即将展开，到底小黑怪等黑暗势力会使出怎样邪恶的手段与阴谋，我们的星猫和他的外星伙伴们又该如何面对呢。
