（《龍珠超》的劇情前接布歐篇，後接Z的結局；《龍珠GT》的劇情前接Z的結局。兩部的劇情並不相接。） 孫悟空是出生在貝吉塔行星的賽亞人，名叫卡卡羅特。賽亞民族是壹個冷血的戰鬥民族。他們長著尾巴，月圓時註視著月亮便可以變成巨猿。做著侵占星球，再高價賣出的惡事。他們臣服於弗利薩，但是關於超級賽亞人的傳說使弗利薩產生了危機感。因巴達克預感到弗利薩要對賽亞人動手，和妻子姬內壹起將剛三歲的兒子卡卡羅特送完地球。（劇場版及OVA版劇情則是：卡卡羅特出生不久後被送往地球，任務是占領地球。在卡卡羅特前往地球的途中，弗利薩摧毀了貝吉塔行星，卡卡羅特的父親巴達克戰死。）
搭載卡卡羅特的宇宙船降落到了包子山，被武道家孫悟飯發現。孫悟飯收養了卡卡羅特，並給他取名為悟空。悟空的性格十分暴躁，在壹次意外摔落山崖，頭部遭受重創後，變成了壹個天真無邪的孩子。後來，悟空變成的巨猿在失去理智的情況下踩死了孫悟飯（年幼的他壹直不知道是自己所為，布瑪等人知道真正情況後也沒有告訴他，直到後來自己對抗貝吉塔才真正明白真相）。於是悟空便獨居在山中，守護著孫悟飯的遺物四星龍珠，每天勤於練武。 悟空12歲時遇見了外出搜集龍珠的女孩布瑪，知道了集齊七顆龍珠就能向神龍許願的秘密，隨布瑪離開深山去闖蕩外面的世界。
在不可思議的冒險旅途中，悟空認識了會變化的烏龍和強盜樂平，以及“武天老師”龜仙人，因為救助海龜而得到了龜仙人的筋鬥雲，學會了龜派氣功波，並莫名其妙地與牛魔王之女琪琪有了婚約。在壹番辛苦找尋後終於集齊了龍珠，卻被皮拉夫壹夥奪走，幸虧悟空看到滿月變成了巨猿，戲劇性地挫敗了對方的陰謀。
後來悟空和小林投入龜仙人門下修行。在第21屆天下第壹武道會中，悟空擊敗了怪獸基朗和南無，總決賽與成龍（龜仙人裝扮）戰鬥而落敗，獲得了亞軍。
武道會結束後，悟空再次出發尋找四星龍珠，途中惹上了想用龍珠征服世界的紅鍛帶軍。他爬上了瑪斯魯塔，擊敗了機器人中士、紫忍者、軟體怪物，結識了人造人8號，救出了被囚禁的村長，又在沈沒的海盜船中擊敗了藍將軍，在企鵝村遇到了機器娃娃阿拉蕾。在聖地加林，他結識了烏帕。後被世界第壹殺手桃白白打敗，便爬上了加林塔，獲得了貓仙人的聖水，擊敗了桃白白，並將紅鍛帶軍總部壹舉消滅。 為了幫助烏帕的爸爸波拉復活，悟空來到了占蔔婆婆處，通過與五位高手的戰鬥，再次集齊龍珠，召喚出神龍，復活了波拉。之後繼續獨自修煉。 在三年後的第22屆天下第壹武道會中，他擊敗了柴巴王、泡芙以及小林，跟天津飯爭冠軍時因為最後運氣不佳而落敗，再次獲得亞軍。之後他跟比克大魔王展開苦戰，差點喪命。在彌次郎兵衛的幫助下，他再度爬上加林塔，喝下了超神水，在克服毒性後引出了體內的潛能，最終殺死大魔王，拯救了世界。
悟空為了三年後和大魔王之子的宿命對決而去往到神殿，跟隨天神和波波修煉。在第23屆天下第壹武道會中，悟空擊敗了琪琪和天津飯，在總決賽中跟比克大魔王二世決戰。壹場驚天動地的比武後終於贏得冠軍，並與琪琪結婚。
動畫中後來為了熄滅煎鍋山的大火，救出牛魔王，悟空和琪琪到世界各處冒險，最終幫助太上老君修好了八卦爐，阻止了火災。 艾紀778年8月18日，蘇醒後的第七宇宙破壞神比魯斯，從侍從維斯口中聽取了弗利薩破壞貝吉塔行星，以及被賽亞人孫悟空打敗的消息。散發金氣的超級賽亞人使比魯斯回想起了什麽。原來他做了壹個預知夢，夢中他將與超級賽亞人之神展開史無前例的對抗。而命中率高達100%的預言魚似乎也曾有過類似的預言。為了尋找超級賽亞人之神並和他戰鬥，在維斯的帶領下，破壞神比魯斯朝著悟空所在的界王星襲來。悟空完全不理會北界王的警告，變身為超級賽亞人3，結果以慘敗收場。
為了尋找夢中的超級賽亞人之神，比魯斯前往地球詢問賽亞人王子貝吉塔。此時貝吉塔、孫悟飯、比克、克林等人正聚在西部城市為貝吉塔的妻子布爾瑪慶祝生日。比魯斯和維斯意外到場讓貝吉塔大吃壹驚。貝吉塔壹直在努力阻止比魯斯生氣，可貪吃的比魯斯卻和布歐因為爭奪布丁而動手，引發壹場攸關地球命運的戰鬥。
在貝吉塔敗北後，悟空及時回到地球，用龍珠呼喚出神龍，得知了成為超級賽亞人之神的方法，成功變身與比魯斯展開激戰，雖然未能獲勝，但其精神與實力得到比魯斯欣賞。比魯斯放棄破壞地球，與維斯回到了自己的星球。 在與破壞神比魯斯的戰鬥之後，地球再度迎來和平。悟空和貝吉塔為了變得更強，而被維斯帶到比魯斯的星球上，在維斯的指導下進行著更為艱苦的修煉。
艾紀779年，弗利薩復活，並修煉得新形態“黃金弗利薩”，來到地球展開對悟空及悟空朋友們的復仇。悟空用瞬移和貝吉塔及時回到地球與弗利薩展開決戰，比魯斯和維斯則在壹旁壹邊吃著布爾瑪給的草莓聖代壹邊觀戰。作為報答，比魯斯和維斯答應在地球被毀時會保護布爾瑪等人。
悟空使用了新習得的“超級賽亞人之神超級賽亞人（超級賽亞人藍）”，雖不及黃金弗利薩，但弗利薩因急於復仇而並未完全適應這壹狀態，最終體力被迅速消耗，形勢逆轉，被悟空擊敗。正在此時，悟空卻因大意被弗利薩軍總參謀長索爾貝趁機使用戒指發出激光擊穿心臟，瀕死。貝吉塔救下悟空，殺掉索爾貝，並也使用“超級賽亞人藍”打敗了弗利薩。但弗利薩卻狗急跳墻毀滅了地球。只有悟空、布爾瑪等呆在比魯斯、維斯身邊的少數人在維斯的保護下安然無恙，而包括貝吉塔在內的地球上其余人全部死於爆星之中。正當眾人絕望之時，維斯向眾人說出了自己擁有倒流時間能力。悟空於是請求維斯將時間倒流回三分鐘前。時間倒流之後，悟空趁弗利薩毀滅地球之前及時用龜派氣功消滅了弗利薩。 悟空和貝吉塔回到比魯斯的星球上繼續修煉。艾紀779年的壹日，第六宇宙的破壞神象帕及其女侍從芭朵斯出現在星球上。維斯向悟空二人說明情況，原來宇宙壹***有十二個。數字加起來為13的宇宙，例如第六宇宙和眾人所處的第七宇宙，各是壹對對應的宇宙。兩個宇宙的破壞神彼此之間就相當於是孿生兄弟，芭朵斯也相當於是維斯的姐姐。
象帕與比魯斯每次相見之時，往往會舉行壹次獨特的“比試”，比試的內容很簡單，就是雙方各自拿出各自宇宙的壹款美食給對方吃，哪壹方擁有更美味的食物，則勝出。這壹次的比試中，比魯斯依靠地球的壹款泡面完勝。象帕得知地球盛產美食之後，急令芭朵斯尋找第六宇宙的地球，卻發現第六宇宙的地球早已滅亡。為了擁有地球的美食，象帕提議與比魯斯進行壹場跨宇宙的比武大賽，雙方各派出五個戰士參戰，采用擂臺賽的形式，勝方可以擁有六顆超級龍珠和第七宇宙地球的所有權。在悟空二人的請求下，比魯斯同意了展開宇宙武道會。悟空二人之後到精神時間屋中又修煉了三年（對應屋外的三天）。
宇宙武道會在第七宇宙與第六宇宙之間的無名之星上正式展開。第七宇宙派出莫納卡、孫悟空、貝吉塔、比克、布歐參戰；第六宇宙派出希特、加貝、沃太·馬蓋塔、弗羅斯特、伯達摩參戰。悟空在第壹場中擊敗了伯達摩，但卻在第二場中被弗羅斯特用毒針暗算而落敗。後加克揭穿了弗羅斯特的作弊，使得悟空重獲上場的資格。
悟空在貝吉塔被第六宇宙最強選手希特擊敗後重新上場。悟空在上場前從銀河王和加克口中得知，希特使用的很可能是傳說中能凍結時間零點幾秒的“閃時”能力。孫悟空於是通過觀察、分析希特的習慣動作來預判希特的行動，成功防住了希特的攻擊，並逐漸開始反擊。但希特的實力仍不容小覷，讓悟空即使是變成了“超級賽亞人藍”也非常吃力。希特通過模仿悟空，在戰鬥中不斷成長變強，“閃時”能力的使用時間也逐漸變長。
悟空最後決定使用成功率極低且副作用極大的新招式——同時使用“超級賽亞人藍”和十倍界王拳。 悟空和歐布壹起修煉了五年。回家前，悟空被皮拉夫用黑星龍珠變成了小孩。悟空為了找到四散於宇宙的黑星龍珠，跟孫女小芳以及特蘭克斯展開了壹場宇宙冒險。悟空在依美加行星擊敗了雷基克，和比巴星的怪物姆瑪大戰了壹場，在路德星球消滅了邪教的機器人路德。在M2星球被米加粒子炮部隊捉住，後發揮出真正的戰鬥力消滅了對手。在跟最強突變體機器人利爾德將軍的決戰中打平，卻因為分心被變成了金屬板。被吉魯放出後打倒了繆博士和貝比。
回地球後，悟空遭到被貝比附身的夥伴們的襲擊，以慘敗收場，幸好他在中了復仇死亡彈沒有死，而是掉到了雙六空間，又被傑比特神帶到界王神界。與貝比再次戰鬥時，悟空在新生的茲夫爾星受到地球發出的布爾茲光變成巨大黃金猿猴，在小芳眼淚的感化下，猿猴狀態的悟空變成了超級賽亞人4。有尾巴，黑頭發，紅色眼圈，渾身覆蓋紅色體毛，是最強超級賽亞人狀態。成功把貝比從貝吉塔體內趕走並消滅。 悟空等人想用龍珠復活被超級17號殺死的克林，可是由於長期濫用龍珠，誕生了邪惡龍。悟空、小芳擊敗了六條邪惡龍。悟空被最強的壹星龍擊倒，在吸收夥伴的能量後打倒了壹星龍。壹星龍集合七龍之力，貝吉塔和悟空融合成悟吉塔，扭轉了不利形勢。兩人分開後，悟空又與四星龍聯手對付壹星龍，後四星龍被壹星龍附身並殺死，悟空也被打得性命危在旦夕。最後的危急時刻，悟空奇跡般從地層深處飛出，將集合全宇宙生命的元氣彈拋出，壹星龍終於被消滅。悟空在許下最後壹個願望後跟神龍離去，只留下壹件破爛的戰衣。
壹百年後，小芳隱約看到悟空出現在天下第壹武道會賽場，觀看著自己後代與與貝吉塔後代之間的比賽。