Прошло несколько лет после событий, описываемых в первом фильме. Суррогатная мать Уинтер, старая дельфиниха по имени Панама, скончалась. В итоге Уинтер осталась одна, а по законам Министерства сельского хозяйства США дельфинов нельзя содержать по одному. Чтобы Уинтер не перевезли в другой аквариум, команде морского госпиталя придется найти ей компаньона…

Фильм основан на реальных событиях, произошедших в 1988 году. В маленьком городке на Аляске репортер и его бывшая девушка, активистка «Гринпис», пытаются спасти трёх серых китов, попавших в ледяную ловушку в арктических льдах. Привлекая в помощь местных жителей, нефтяные компании, а также российские и американские вооруженные силы, героям картины предстоит организовать беспрецедентную операцию по спасению китов.

На океанском берегу одиннадцатилетний Сойер нашел молодую дельфиниху, попавшую в ловушку для крабов. Работники океанариума спасли жизнь животного, но травмированный хвост дельфину пришлось ампутировать. Добрая и умная Винтер, превратившись в инвалида, привязалась к спасшему ее мальчику, и его забота, любовь и терпение помогли ей выжить и вновь научиться плавать с протезом хвоста. Сейчас ее воля к жизни вдохновляет маленьких посетителей океанариума с ограниченными возможностями: Винтер и в самом деле живет в дельфинарии штата Флорида.

Алиса Харкер, 18-летняя девушка, исследователь дельфинов, которая работает вместе со своим отцом Хоком — известным ученым. У нее со взрослым и немного таинственным туристом Крейгом завязываются романтические отношения. Но сердце Алисы разбивается, когда выясняется, что Крейг ведет двойную игру. Он является офицером ВМС США, и участвует в миссии, которая угрожает исследовательскому центу и диким дельфинам, с одним из которых, Раском, у Алисы мощная связь.

Юная Кирра уезжает из своего дома в Австралии, чтобы провести лето в Южной Африке у дедушки. Вскоре она обнаруживает косатку, выброшенную на мель в лагуне неподалеку от дедушкиного захудалого увеселительного парка. Она называет нового друга Вилли — и начинает разработку плана возвращения кита в его стаю, пока жадный конкурент дедушки не превратил Вилли в самый прибыльный аттракцион своего тематического парка.

Однажды китобой, занимющийся незаконным промыслом, решает взять с собой в море малолетнего сына с тем, чтобы научить его «искусству» убивать китов. Но судьба распорядилась так, что он сам становится объектом охоты кита — убийцы. Лишь дружба мальчика с косаткой спасает китобоя от неминуемой гибели.

Прошло два года с тех пор, как Вилли был выпущен на волю. Во время каникул Джесси с родителями отправляется на побережье, где люди часто видели одинокую косатку. Встреча старых друзей была радостной, но, к сожалению, недолгой: старый танкер сел на мель инефть, вытекающая из судна, поставила под угрозу жизнь Вилли и всех остальных обитателей океана.

Косатка, или как еще называют это огромное морское животное, кит-убийца, был разлучен со своей семьей. Люди доставили его в парк развлечений, дали имя Вилли и ожидали, что смогут заработать на его представлениях кучи денег. В то же время зритель знакомится с мальчишкой Джесси, сбежавшим из дома и добывающим хлеб насущный воровством и попрошайничеством. Джесси находит новых, добрых родителей и ему нужно стереть всякие не очень приличные надписи, которые он нарисовал спреем в парке. И там-то и происходит встреча трудного подростка и кита-убийцы. Они полюбили друг друга с первого взгляда. А злой владелец парка развлечений по имени Диал уже понял, что зря переводит деньги на непослушного Вилли, и хочет его убить, чтобы получить страховку.