A série segue as aventuras de Ben Tennyson com dezesseis anos de idade, portador do Omnitrix, um dispositivo parecido com um relógio extremamente poderoso que permite que Ben se transforme em vários alienígenas; cada um com as suas próprias capacidades e habilidades especiais. As histórias se alternam entre o Ben de onze anos de idade, (um ano após a série original) e Ben de dezesseis anos de idade (poucos meses depois de Ben 10: Supremacia Alienígena). Depois que Gwen foi para faculdade e Kevin fica com ela, Ben de dezesseis anos de idade, ganha um novo parceiro, um recruta encanador alienígena chamado Rook Blonko (sobrenome primeiro). Em uma missão para explorar uma cidade alienígena subterrânea secreta chamada Cidade de Baixo, Ben explora o lado mais peculiar das coisas no subterrâneo alienígena e descobre que os inimigos de seu passado estão procurando uma revanche.
