Coincé en 1955, Marty retrouve le Doc de cette époque, qui l'aide à exhumer la DeLorean cachée depuis 1885 dans une mine abandonnée. Mais en visitant le cimetière de Hill Valley, ils découvrent la tombe d'Emmett Brown : il a été abattu dans le dos le 7 septembre 1885 par Buford Tannen, pour une affaire de 80 dollars.
Marty arrive le 2 septembre 1885 dans un Far West qu'il ne connaît que par les westerns. Sous le nom de « Clint Eastwood », il croise ses ancêtres irlandais Seamus et Maggie McFly, et retrouve Doc, devenu forgeron. Mais une flèche perdue a percé la conduite d'essence lors d'une course-poursuite à son arrivée : sans essence, la DeLorean ne peut pas atteindre 88 miles à l'heure.
Doc, qui a sauvé l'institutrice Clara Clayton d'une chute dans le ravin Shonash, en tombe éperdument amoureux. Le plan final : pousser la DeLorean avec une locomotive à vapeur jusqu'au ravin, le lundi 7 septembre au matin, après que Marty a dû affronter Buford en duel. Marty rentre seul en 1985 ; la voiture est pulvérisée par un train. Doc, lui, réapparaît avec Clara, leurs fils Jules et Verne et une locomotive volante capable de voyager dans le temps.
ZZ Top au Far West
Le groupe ZZ Top apparaît en musiciens lors de la fête de 1885 et signe une version western de « Doubleback » pour la bande originale. Des vétérans du western, comme Pat Buttram, Harry Carey Jr. et Dub Taylor, jouent les habitués du saloon.
Michael J. Fox réellement suspendu
Lors de la scène de pendaison du troisième film, une mauvaise position de la corde a fait perdre connaissance à Michael J. Fox quelques instants. Zemeckis s'en est aperçu et l'acteur a été immédiatement décroché.
Hill Valley 1885 construite de toutes pièces
La ville de 1885 a été bâtie près de Sonora, en Californie. Les scènes de train ont été tournées sur le chemin de fer de Sierra Railroad, à Jamestown, et les paysages désertiques à Monument Valley.