La storia di LEGO Batman 3 si svolge dopo gli eventi di LEGO Batman 2, ma non è necessario conoscere i primi giochi per capire la storia. Nel profondo spazio, l'androide Braniac è impegnato in una missione per conquistare la galassia. Lo scopo del gioco è quindi quello di impedire a Brainiac di distruggere il pianeta Terra. Per farlo, Batman trova degli alleati nei supereroi dell'Universo DC Comics, che lo aiutano nel viaggio spaziale fra i diversi mondi della Lanterna per raccogliere tutti gli anelli e fermare il malvagio piano di Brainiac. Usando il potere degli Anelli Lanterna, Brainiac restringe i mondi per aggiungerli alla sua collezione di città in miniatura provenienti da tutto l'universo. Ora i più grandi super eroi e i cattivi più abili devono unirsi per viaggiare in diversi mondi e fermare Brainiac prima che sia troppo tardi. I personaggi sono più di 150, ognuno con diverse armi ed abilità, e vengono sbloccati man mano che si avanza nel gioco. Per sbloccare i personaggi occorre completare le missioni della campagna, missioni bonus, missioni secondarie o trovare il loro gettone nascosto nella mappa di gioco.