載著卡卡洛特的宇宙飛船降落在包子山，被武術大師孫悟飯發現。孫悟飯收養了卡卡洛特，並給他取名悟空。悟空性格十分暴躁，在壹次不小心掉下懸崖，頭部受重傷後，變成了壹個無辜的孩子。後來悟空變成巨猿，用不理智的方式踩死了孫悟飯(他從小就不知道自己做了什麽，布馬等人知道真實情況後也沒有告訴他，直到和貝吉塔作戰才真正明白真相)。於是悟空獨自壹人住在深山裏，守護著的遺物朱，每天苦練武功。悟空12歲的時候，遇到了外出收集龍珠的姑娘布瑪，通過收集七顆龍珠得知了向龍許願的秘密，帶著布瑪離開了大山去外面的世界流浪。
在不可思議的冒險中，悟空認識了善變的烏龍和強盜樂平，以及“悟天老師”龜仙人。他因救龜得了的筋鬥雲，學了龜的氣功波，還莫名其妙地和牛的女兒琪琪訂了婚。經過艱苦的尋找，龍珠終於被找到了，但是被皮拉夫和他的同夥拿走了。幸好悟空看到滿月變成巨猿，戲劇性地挫敗了對方的陰謀。
後來，悟空和小林也加入了龜仙人的修行。悟空在21世界第壹武道會上擊敗妖怪基朗和南無，在與成龍(扮成龜仙人)的決戰中落敗，獲得亞軍。
武林大會結束後，悟空再次出發去尋找四星龍珍珠，途中遇到了想用龍珠征服世界的赤煉軍。他爬上了馬斯魯塔，打敗了機器人中士，紫色忍者，軟蛋怪獸，遇到了人造人八號，救出了被囚禁的村長，在沈沒的海盜船上打敗了蘭將軍，在企鵝村遇到了機器人娃娃阿拉雷。在聖地加林多，他遇到了Upa。在被世界頭號殺手陶柏柏擊敗後，爬上加林多塔，獲得貓仙人聖水，擊敗陶柏柏，壹舉消滅了擁有軍部的紅鐵匠鋪。為了幫助Upa的父親寶拉起死回生，悟空來到占蔔婆婆身邊。通過與五位大師的戰鬥，他再次收集了龍珠，召喚了龍，復活了寶拉。然後繼續壹個人練習。3年後，在第22屆世界第壹武道會上擊敗柴王霸、保夫、小林，與天心堂因運氣不佳失去冠軍，再次獲得亞軍。之後和比克拼命，差點送命。在米利朗·魏兵的幫助下，他再次爬上加林多塔，喝下了神水。在克服了毒性之後，他把自己體內的潛能抽出來，最終殺死了大魔王，拯救了世界。
悟空為了三年後與大魔王之子的命運對決，前往寺廟與諸神和波波修行。悟空在第23屆世界第壹武道會上擊敗了琪琪和天心堂，決賽中與比克二世對戰。經過壹場驚天動地的較量，她終於獲得了冠軍，嫁給了琪琪。
後來在動畫中，牛王默、悟空和琪琪為了撲滅煎鍋山的大火，被救下冒天下之大不韙，最後還幫助太上老君修理八卦爐，阻止了大火。778年8月18日，被喚醒的第七宇宙毀滅者病毒(Virus)從隨從維斯口中聽到了費利薩毀滅貝吉塔星球、被賽亞人孫悟空打敗的消息。散發著金色精靈的超級賽亞人讓病毒想起了什麽。原來他做了壹個預言夢，夢裏他將與超級賽亞人之神展開前所未有的對抗。命中率高達100%的預測魚似乎也做了類似的預測。為了找到超級賽亞人之神並與之戰鬥，在維斯的帶領下，毀滅之神病毒攻擊了悟空的世界王者之星。小悟空完全無視北界王的警告，變身超級賽亞人3，以慘敗告終。
為了找到夢中的超級賽亞人之神，病毒來到地球詢問賽亞人王子貝吉塔。此時，貝吉塔、孫悟飯、比克、克林等人正聚集在這座西部城市為貝吉塔的妻子布爾瑪慶祝生日。病毒和維斯的意外出現讓貝吉塔大吃壹驚。貝吉塔壹直試圖阻止病毒發怒，但貪婪的病毒和Buo開始爭奪布丁，從而引發了壹場爭奪地球命運的戰鬥。
貝吉塔戰敗後，悟空及時返回人間，用龍珠召喚出了龍，學會了成為超級賽亞人之神的方法，並成功變身為與病毒的激戰。雖然他沒有獲勝，但他的精神和力量得到了病毒的贊賞。病毒放棄毀滅地球，帶著維斯回到了自己的星球。在與毀滅之神病毒的戰鬥之後，地球又恢復了和平。為了變得更強，悟空和貝吉塔被維斯帶到了病毒星球，在維斯的指導下更加努力地練習。
779年，菲利薩茲起死回生，培養出壹種新形式的“黃金菲利薩茲”，來到地球向悟空和他的朋友們復仇。悟空瞬間移動，貝吉塔及時返回地球，與費利薩茲決戰，而病毒和韋斯壹邊看著，壹邊吃著布爾瑪送的草莓聖代。作為回報，病毒和維斯承諾在地球毀滅時保護布爾瑪和其他人。
悟空用了新獲得的“超級賽亞人神超級賽亞人(超級賽亞人藍)”。雖然不如黃金和菲利薩茲，但是由於復仇心切，菲利薩茲並沒有完全適應這種狀態。最終體力迅速消耗，局勢逆轉，被悟空擊敗。就在這時，悟空不經意間被菲利薩茲軍參謀長索爾貝用魔戒發出激光刺穿心臟，奄奄壹息。貝吉塔救了悟空，殺了索爾貝，還用“超級賽亞人藍”打敗了菲利薩茲。但弗利薩卻壹頭紮進墻裏，毀滅了大地。病毒和維斯身邊只有悟空和布爾瑪等少數人在維斯的保護下安然無恙，而地球上的其他人，包括貝吉塔，都死在了爆炸的恒星裏。就在大家絕望的時候，維斯告訴大家，他有能力回到過去。悟空三分鐘前讓維斯送時間回去。時光倒流後，悟空在費利薩毀滅地球前，用龜氣功消滅了費利薩。悟空和貝吉塔回到病毒星球繼續他們的訓練。779年的壹天，第六宇宙的毀滅者象帕和他的女服務員從巴都斯出現在這個星球上。維斯向悟空說明了情況，原來有十二個宇宙。數字加起來是13的宇宙，比如大家生活的第六宇宙和第七宇宙，就是壹對對應的宇宙。兩個宇宙的毀滅之神就相當於彼此的孿生兄弟，巴托斯就相當於維斯的妹妹。
每次象帕和病毒相遇，他們經常舉行壹場獨特的“比賽”。比賽的內容很簡單，就是雙方各給對方壹份自己宇宙的美食，哪壹方的美食多就贏。在這場比賽中，病毒依靠壹種來自地球的方便面獲勝。在得知地球盛產美食後，象帕力勸巴多斯去第六宇宙尋找地球，卻發現第六宇宙的地球早已死亡。為了得到地球的美味，象帕提議與病毒舉行壹場跨宇宙的競賽，雙方各派五名士兵參戰。以競賽的形式，獲勝者可以擁有六顆超級龍珠和第七宇宙地球的所有權。在悟空和悟空的要求下，病毒同意發起天下武功協會。之後悟空夫婦又去靈修時間屋修行了三年(對應屋外三天)。
宇宙武道將在第七宇宙和第六宇宙之間的無名星上正式推出。第七宇宙派出莫納卡、孫悟空、貝吉塔、比克和Buo參戰；第六宇宙派希特、加貝、沃太·馬蓋塔、弗羅斯特和博達莫參戰。悟空第壹局戰勝了博達莫，第二局卻被霜降用毒針打敗。在Gack曝光了冰霜的作弊行為後，悟空重新獲得了出場資格。
悟空在貝吉塔被第六宇宙最強選手希特擊敗後重返舞臺。悟空在上場前從銀河王和甲克蟲那裏得知，希特很可能使用了傳說中的“閃時”能力，可以將時間定格在零點幾秒。孫悟空通過觀察分析希特的習慣性動作，預測希特的行動，成功阻止希特的攻擊，並逐漸開始反擊。但是Hitt的實力依然不可小覷，讓悟空很難成為“超級賽亞人藍”。通過模仿悟空，希特在戰鬥中越來越強大，“閃現時間”能力的使用時間也逐漸變長。
悟空最終決定使用壹個成功率極低、副作用極大的新招——同時使用“超級賽亞人藍”和十倍王傑拳。悟空和奧博壹起修行了五年。回家前，悟空被皮拉夫用黑星龍珠變成了小孩。為了尋找散落在宇宙中的黑星龍珠，悟空和他的孫女小芳、特蘭克斯展開了壹場宇宙冒險。悟空在伊梅加星上打敗了雷吉克，與比巴怪獸媽媽大打出手，在路德星球上消滅了邪教的機器人路德。在M2星球上，他被Mega粒子炮部隊抓住，然後發揮真正的戰鬥力消滅對手。在與最強變異機器人Leard將軍的決戰中，它被打成平手，卻因為分神變成了金屬板。被吉爾釋放後，苗醫生和貝貝被打敗。
悟空回到地球後，遭到貝貝附身的夥伴攻擊，以慘敗告終。幸運的是，他沒有死於報復性死亡炸彈，而是掉進了雙六空間，並被傑比特神帶到了界王神。再次與貝比戰鬥時，悟空被新生的茲富爾星上來自地球的布爾澤光幻化成了壹只巨大的金猿。在小方淚的影響下，猿猴狀態的悟空變成了超級賽亞人4。它有尾巴，黑色的毛，紅色的眼睛，紅色的體毛，是最強的超級賽亞人狀態。成功地把貝比趕出了貝吉塔並摧毀了她。悟空等人想用龍珠復活被超級17殺死的克林，但由於龍珠的長期濫用，壹條惡龍誕生了。悟空和小方打敗了六條惡龍。悟空被最強的壹星龍擊倒，在吸收了同伴的能量後擊倒了壹星龍。壹星龍集七龍之力，貝吉塔和悟空合並成悟吉塔，扭轉了不利局面。兩人分開後，悟空與四星龍聯手對付壹星龍。後來，四星龍被壹星龍附身殺死，悟空也被打死。在最後的關鍵時刻，悟空奇跡般地從地層深處飛了出來，拋出了匯聚全宇宙生命的元彈，最終壹星龍被消滅。悟空許下最後壹個願望，帶著神龍離開，只留下壹套破爛的西裝。
壹百年後，小方依稀看到悟空出現在世界第壹武館，觀看自己的傳人與貝吉塔的傳人對決。