De tre domarna avvisade Trumpadministrationens ansträngning att tillfälligt stoppa de flesta flyktingarna från att komma in i landet och fastslår att de som har kontakt med ett bosättningsorgan bör undantas från presidentordern.
Förbudet, som den republikanske presidenten säger är nödvändigt för den nationella säkerheten, riktar sig mot personer från sex länder med i huvudsak muslimsk befolkning.
LÄS MER: Trumps inreseförbud giltigt
Inte övertygande förklaring
Appellationsdomstolen fastslår även att regeringen inte har gett en övertygande förklaring till varför förbudet ska innefatta morföräldrar, barnbarn, mostrar, farbröder, syskonbarn och kusiner till amerikanska invånare från de sex länderna.
LÄS MER: Domare stoppar Trumps nya inreseförbud
Trumps första version av inreseförbudet, undertecknat i januari, gav upphov till protester och kaos på flygplatser runt om i landet och världen, innan det stoppades av domstolar. Trumpadministrationen ersatte den första versionen med en ny presidentorder i mars.
I oktober ska högsta domstolen pröva om inreseförbudet strider mot konstitutionen.