Pikmin 3 er satt til den samme mystiske planeten fra de tidligere Pikmin-spillene, nå kalt «PNF-404» og det finnes fem forskjellige områder på PNF-404 som spilleren kan utforske - hvert område har også forskjellig topografi. Innbyggerne på hjem-planeten Koppai lider av hungersnød, som et resultat av en stadig større befolkning, med veldig stor appetitt - og med en grunnleggende mangel på planlegging. Tre oppdagelsesreisende, Alph, Brittany og Charlie, blir derfor sendt for å utforske andre planeter og skaffe mer mat. Men det oppstår en alvorlig feil med romskipet deres, S.S. Drake, som krasjlander. De tre kapteinene blir derfor adskilt på en fremmed planet.