松本零士のSF漫画を原作とする1979年公開の劇場用長編アニメーション「銀河鉄道999」の続編。地球に帰還し機械人間と戦う日々を送っていた鉄郎は、メーテルからのメッセージを受け再び999号に乗り込む。最初の停車駅ラーメタル星でミャウダーという若者と出会った鉄郎は、メーテルが機械帝国の女王プロメシュームの跡を継いだという信じがたい噂を聞く。やがて鉄郎はメーテルと再会を果たすが、メーテルはなぜか鉄郎に999号を降りるよう勧める。黒騎士との戦いや幽霊列車との遭遇を経て、999号は終着駅の惑星大アンドロメダにたどり着くが……。劇場版第1作に続き、松本零士作品の人気キャラクターであるキャプテン・ハーロックやクイーン・エメラルダスも登場。