A história de Lilo & Stitch se passa depois de Lilo & Stitch e antes de Stitch! O Filme. O filme fala sobre a importância de manter a família e amigos sempre por perto, mesmo quando eles sejam de mundos completamente diferentes. Antes que as 625 experiências chegassem ao Havaí, Stitch vivia muito bem, ajudando Lilo a seguir os passos de sua mãe e se preparar para o grande concurso de hula que aconteceria na ilha. Tudo parecia perfeito, mas quando Stitch tem um ataque,que estraga da Lilo a chance de vencer, vira a vida de todos de cabeça pro ar. Agora, será preciso que Lilo, Nani, Jumba e toda a "ohana", ou seja, família se junte para salvar seu amiguinho.
No filme, Jumba revela que Stitch não foi criado exatamente como as outras experiências. Que ele precisa ser recarregado. Mas o Stitch não imagina isso e acha que sua programação destrutiva está se revelando novamente. Assim, num ato de salvar sua Ohana, ele parte num cruzador espacial. Ele quase morre no final, mas o amor da Lilo o salva.