“霸天虎”的先遣部队旋风和毒蝎袭击了美军位于卡塔尔的军事基地，与此同时，路障帮助他的搭档迷乱潜入了美国总统的座机空中一号，通过电脑获悉，要想找到威震天就必须找到维特维奇家族的那副眼镜，上面有威震天关于能量块的信息扫描，而它现在的拥有者萨姆•维特维奇（希安•拉博夫饰）成为了“霸天虎”攻击的目标。 萨姆是名高中生，学校里没有人相信他讲述的关于这副眼镜的历史，失望之余，萨姆把眼镜放到网上拍卖，然而从未引起买家的兴趣。这时父亲送了一辆破车给他，这辆车恰好就是“汽车人”大黄蜂的变形。大黄蜂帮助萨姆交上了漂亮的女朋友（梅甘•福克斯饰），但很快就遭遇了“霸天虎”的袭击，擎天柱带着其他“汽车人”赶到，一场机器人大战由此拉开了序幕。

延续前一集的剧情，狮子亚历克斯（本·斯蒂勒 配音）、斑马马蒂（克里斯·洛克 配音）、长颈鹿迈尔曼（大卫·休默 配音）、河马格洛里亚（贾达·萍克·史密斯 配音）以及企鹅们，为了能离开马达加斯加岛回到五光十色的纽约，大家对一架破旧的失事飞机进行维修改造，并成功起飞。当大家已经开始庆祝终于可以回到纽约时，飞机却意外降落，迫降到了非洲大草原上。在这儿，狮子亚历克斯终于见到了它的父母。但是由于生活习性上太多不一样，而且言行举止各异，使得这群纽约来的动物们显得格格不入。这群昔日纽约中央公园的动物明星们，在这野外艰难的环境中应该怎么办？虽然在这儿遇见了自己的同类，但因为习性不同，使得自己无法完全融入他们的群体。为了能融入环境，与同类们建立良好的关系，大家都施展出各种招式，笑料百出。　

人老心不老的鲁本•蒂什科夫（Elliott Gould 饰）拿出全部家当与威利•班克（阿尔•帕西诺 Al Pacino 饰）合伙经营赌场饭店。但他忘了，在拉斯韦加斯这个光怪陆离、骗盗横行的地方，防范之心是最不可或缺的。班克混迹赌城多年，奸诈手段让他在此如鱼得水。他骗尽鲁本的钱财，将赌场据为己有。老鲁本不堪如此沉重的打击，从此一病不起。 鲁本的遭遇激怒了他的好友丹尼•奥逊（乔治•克鲁尼 George Clooney 饰），在对威利劝说无效的情况下，他重新集结了包括罗斯蒂•雷恩（布莱德•彼特 Brad Pitt 饰）、莱纳斯•凯德维尔（马特•戴蒙 Matt Damon 饰）在内的十三位罗汉，准备对班克赌场进行入侵。7月3日午夜，班克赌场开业，这注定是一个不平凡的夜晚……