Um parque de diversões extraordinário foi avistado em órbita do planeta natal de Sonic the Hedgehog, e começam a circular rumores de que uma raça alienígena chamada Wisps, com uma energia colorida e singular, está sendo mantida em cativeiro por Dr. Eggman. Pouco depois de chegar ao parque, Sonic descobre que pode usar esses misteriosos seres alienígenas para ajudar os Wisps a escapar.
Doctor Eggman inaugura um parque de diversões no espaço chamado Dr. Eggman’s Incredible Interstellar Amusement Park, alegando que quer mudar de vida e compensar seus erros do passado. O parque é formado por várias atrações do tamanho de planetas. Desconfiados, Sonic the Hedgehog e seu melhor amigo Tails investigam o local. Lá, eles conhecem Yacker, um membro da espécie alienígena conhecida como Wisps. Depois que Tails cria um tradutor para se comunicar com ele, os dois descobrem que outros Wisps foram escravizados por Eggman, que planeja usar sua energia para alimentar um laser de controle mental capaz de dominar a Terra.
Sonic passa a visitar os planetas, libertando os Wisps e desligando os geradores ligados ao parque. Pelo caminho, ele encontra vários de seus amigos, que também estão explorando o local na tentativa de atrapalhar os planos de Eggman. Depois que Sonic liberta os Wisps, Eggman tenta disparar o canhão contra o mundo, mas uma peça dos destroços faz a arma falhar. Enquanto o parque de diversões começa a explodir, Sonic confronta Eggman. O vilão usa os Nega-Wisps para alimentar sua máquina final, um robô que emprega os poderes de todos os Wisps que Sonic encontrou contra ele. À medida que o equipamento enfraquece, os Wisps escapam e ajudam Sonic a derrotar Eggman, lançando-o para o espaço. Os Wisps então conduzem Sonic para fora do parque em explosão. De volta à Terra em segurança, Yacker agradece a Sonic e Tails.
No entanto, Sonic e Tails logo descobrem que a principal Mother Wisp havia sido infectada pela energia negativa e transformada na Nega-Mother Wisp. Usando o poder das Chaos Emeralds, Sonic se transforma em Super Sonic e a enfrenta. Após derrotá-la, a Mother Wisp volta ao normal, e os Wisps se despedem dos dois heróis. Em uma cena pós-créditos, Eggman aparece preso no espaço com seus ajudantes Orbot e Cubot.
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| Plataforma | Data | Região |
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| Nintendo DS | 10/12/2010 | Austrália |
| Nintendo DS | 11/12/2010 | Europa |
| Nintendo DS | 15/12/2010 | América do Norte |
| Nintendo DS | 17/12/2010 | Japão |