Questo sequel riprende da dove si era interrotto il precedente: Doc Brown e Marty erano andati nel futuro per aiutare la futura prole di Marty. Dopo aver fatto ciò, sono tornati nel loro tempo, solo per scoprire che le cose sono cambiate. Hanno scoperto che nel futuro, la nemesi di Marty, Biff Tannen, si è impossessato del libro di sport che Marty aveva comprato per poter conoscere i risultati degli eventi sportivi e fare una strage, ma Doc Brown ha respinto i suoi piani, mentre Tannen, che ha ascoltato la loro conversazione, si è impossessato del libro e della macchina del tempo, è tornato nel passato e ha regalato il libro a se stesso, che non solo ha accumulato una fortuna ma è anche estremamente potente. Doc e Marty devono quindi tornare al momento in cui Biff ha ricevuto il libro e portarglielo via. Sembra che la sera del ballo, nel 1955, Biff abbia ricevuto il libro. Quindi non solo devono recuperare il libro, ma devono anche evitare le altre versioni di loro stessi.
Il film è stato prodotto con un budget di 40 milioni di dollari ed è stato girato in parallelo con il suo sequel Parte III. Le riprese iniziarono nel febbraio del 1989, dopo due anni trascorsi a costruire i set e a scrivere le sceneggiature. Ritorno al Futuro Parte II è stato anche un progetto innovativo per lo studio di effetti visivi Industrial Light & Magic (ILM). Oltre al compositing digitale, ILM utilizzò il sistema di telecamere a controllo del movimento VistaGlide, che permetteva a un attore di ritrarre più personaggi contemporaneamente sullo schermo senza sacrificare il movimento della telecamera.
Ritorno al Futuro Parte II è stato distribuito da Universal Pictures il 22 novembre 1989. Il film ha ricevuto inizialmente recensioni contrastanti da parte della critica e ha incassato più di 332 milioni di dollari in tutto il mondo nella sua prima uscita, diventando il terzo film di maggior incasso del 1989.
Il 26 ottobre 1985, il Dr. Emmett Brown arriva inaspettatamente con la macchina del tempo DeLorean nel giardino di casa di Marty dopo gli eventi del primo film. Doc convince Marty McFly e la sua ragazza, Jennifer Parker, a viaggiare nel futuro con lui per aiutare i loro futuri figli, mentre Biff Tannen assiste alla loro partenza. Arrivano il 21 ottobre 2015, dove Doc inabilita elettronicamente Jennifer e la lascia addormentata in un vicolo, spiegandole che non deve avere troppa conoscenza degli eventi futuri. Fa in modo che Marty finga di essere suo figlio e il sosia di Marty Jr. per rifiutare l'offerta di partecipare a una rapina con Griff, il nipote di Biff, salvando così Marty Jr. dalla prigione.
Marty si scambia con Marty Jr. e rifiuta l'offerta di Griff, ma Griff spinge Marty a fare a botte e ne consegue un inseguimento in hoverboard. Griff e la sua banda vengono arrestati, salvando i futuri figli di Marty. Prima di riunirsi a Doc, Marty acquista un almanacco contenente i risultati dei principali eventi sportivi dal 1950 al 2000. Doc lo scopre e mette in guardia Marty dal trarre profitto dai viaggi nel tempo. Prima che Doc possa disfarsene adeguatamente, i due vengono interrotti dalla polizia, che ha trovato Jennifer incapace di intendere e di volere e la sta portando nella sua casa del 2015. I due si mettono all'inseguimento, così come l'anziano Biff, che ha ascoltato la loro conversazione e ha recuperato l'almanacco scartato.
Jennifer si risveglia nella sua casa del 2015 e si nasconde dalla famiglia McFly. Viene a sapere che la sua vita con Marty non è quella che si aspettava, a causa del suo coinvolgimento in un incidente automobilistico. Assiste all'incitamento di Marty da parte di un suo collega, Douglas Needles, in un losco affare che porta al licenziamento di Marty. Jennifer cerca di fuggire dalla casa, ma sviene dopo aver incontrato la se stessa del 2015. Mentre Marty e Doc si occupano di lei, Biff ruba la macchina del tempo per dare l'almanacco al suo io più giovane, poi torna nel 2015. Marty, Doc e Jennifer, priva di sensi, tornano nel 1985, ignari delle azioni di Biff. Lasciano Jennifer sulla veranda di casa sua.
Il 1985 in cui tornano è cambiato radicalmente: Biff è diventato uno degli uomini più ricchi e corrotti del paese. Ha trasformato Hill Valley in una distopia caotica, ha ucciso segretamente il padre di Marty, George, nel 1973 e ha costretto la madre di Marty, Lorraine, a sposarlo. Doc è stato anche internato in un ospedale psichiatrico. Doc deduce che il Biff del 2015 ha preso la macchina del tempo per dare l'almanacco al se stesso più giovane e Marty scopre dal Biff alternativo del 1985 che l'ha ricevuto il 12 novembre 1955. Biff tenta di uccidere Marty, ma Marty fugge e viaggia nel 1955 con Doc.
Marty segue segretamente il Biff del 1955 e lo osserva mentre riceve l'almanacco dal se stesso del 2015. Marty lo segue poi al ballo del liceo, evitando accuratamente di interrompere gli eventi della sua visita precedente. Dopo diversi tentativi infruttuosi, Marty riesce finalmente a prendere l'almanacco, lasciando Biff a schiantarsi contro un camion di letame. Marty brucia l'almanacco, annullando le modifiche alla linea temporale che aveva causato, mentre Doc si libra sopra di lui con la macchina del tempo. Prima che Marty possa raggiungerlo, la DeLorean viene colpita da un fulmine e scompare. Subito dopo arriva un corriere della Western Union che consegna una lettera a Marty: è di Doc, che spiega che il fulmine lo ha trasportato 70 anni nel passato, nel 1885. Marty corre in città per trovare il Doc del 1955, che aveva appena aiutato Marty a tornare nel 1985. Scioccato dall'improvvisa ricomparsa di Marty, Doc sviene.