Alex le lion, Marty le zèbre, Gloria l'hippopotame et Melman la girafe cherchent toujours désespérément à rentrer chez eux ! Évidemment, le roi des lémuriens, King Julian XIII, son fidèle conseiller Maurice, le petit Morty, les chimpanzés Mason et Phil et les manchots Commandant, Kowalski, Rico et Soldat les suivent dans leurs péripéties… Leurs aventures les mènent en Europe où ils trouvent une couverture idéale : un cirque ambulant, qu'ils vont devoir ré-inventer — façon Madagascar bien sûr. Rentreront-ils chez eux sains et saufs ? Surtout si le capitaine Dubois et toutes les patrouilles de police d'Europe s'en mêlent.
Dans le film précédent, Alex le lion, Marty le zèbre, Melman la girafe et Gloria l'hippopotame, assuraient des représentations très populaires au zoo de Central Park, vivant comme des vedettes hollywoodiennes. Attiré par la vie sauvage, Marty le zèbre tenta de s'échapper, ce qui conduisit les autorités à vouloir rendre ces animaux à la vie sauvage, au Kenya. Mais ils échouèrent sur l'île de Madagascar, faisant ainsi la connaissance de la faune indigène composée des sympathiques lémuriens et de leurs féroces prédateurs: les fossas.
Alex le lion, Marty le zèbre, Melman la girafe et Gloria l'hippopotame vivent au Zoo de Central Park, où ils assurent en journée la vedette auprès des visiteurs. Mais Marty, contrairement aux trois autres, rêve de la vie sauvage. Quand Marty parle à quatre manchots (Commandant, Rico, Kowalski et Soldat) qui veulent également s'enfuir du zoo pour la vie sauvage (L'Antarctique pour eux), Marty décide de réaliser son rêve. Plus tard, le soir, alors qu'il fête son anniversaire, Marty parle de son rêve à ses amis qui ne comprennent pas du tout ce choix, heureux de leur vie tranquille au zoo, et surtout d'accord sur le fait qu'il « ne faut mordre la main qui te nourrit ». Alex tente de convaincre Marty de changer d'avis, ce qui semble faire son effet quand Marty dit à Alex que ce rêve n'était qu'une blague.
Né dans une colonie de manchots qui trouvent l'âme sœur en chantant, Mumble a un handicap : il ne peut sortir une note juste. Il fait en revanche des claquettes comme personne. Banni par les siens à cause de sa différence, Mumble part en Terre Adélie.
Les pingouins Commandant, Kowalski, Rico et Soldat sont capturés par la pieuvre Dave dans son repaire secret. Dave dit vouloir se venger des pingouins qui, lorsqu'ils sont arrivés au zoo de Central Park à New York, ont accaparé toute l'attention. Délaissé, Dave qui avait l'habitude de plaire aux enfants par des tours et grimaces erra de zoo en zoo toujours rejeté par les visiteurs et les gardiens. Dave décide alors de se venger et créé une machine qui permet de transformer en monstre hideux les êtres mignons que sont les pingouins. Les pingouins arrivent à s'échapper via une course poursuite endiablée à Venise. Alors qu'ils sont piégés, les pingouins sont sauvés de justesse par Le Vent du Nord, une organisation secrète composée de Eva, la chouette des neiges; Dynamite, le petit phoque; Caporal, l'ours polaire et Confidentiel, le loup, leader du groupe. Le Vent du Nord a pour but d'aider des animaux qui ne peuvent pas s'aider eux-mêmes. Les pingouins doivent unir leurs forces avec le loup Confidentiel et son équipe pour arrêter Dave qui projette de capturer tous les pingouins de zoo sur Terre pour les transformer en d'atroces créatures afin qu'ils subissent le même rejet que Dave a enduré.
Lorsqu'il était enfant, Tommy Popper attendait impatiemment les occasions de parler par radio avec son père, un explorateur toujours parti en excursion. Des années plus tard, Popper est devenu un brillant promoteur immobilier à Manhattan. Sa réussite lui a coûté son couple : divorcé d’Amanda, il ne voit plus ses enfants qu’un week-end sur deux. Il mène une vie solitaire et luxueuse dans son appartement ultramoderne de Park Avenue, et il est sur le point de devenir un des associés de la prestigieuse firme qui l’emploie. Mais lorsqu’un matin, il reçoit l’ultime cadeau de son père décédé, un manchot papou vivant, son existence bascule. En cherchant à se débarrasser de l’animal, Tommy Popper va réussir à en obtenir cinq autres par erreur.
Pendant le générique de début, une voix off explique que toute chose dans le monde, peu importe sa taille (infiniment petite ou grande) est connectée. Ce film est la suite du premier opus : on retrouve les mêmes personnages plus tard. Mumble et Gloria ont désormais un fils, Erik, qui comme son père avant lui, ne parvient pas à s'adapter dans cette colonie de manchots, n'ayant quasiment aucun rythme et aucun sens de la musique ou de la danse. L'aventure à proprement parler commence lorsque Ramon, en mal d'amour, décide de rentrer chez lui, en Terre Adélie. Il est suivie par Erik, Atticus et Boadicea, trois enfants manchots. Découvrant leur disparition, Mumble part à leur recherche.
Un jeune manchot, Cody, veut devenir un champion de surf, lors d'une compétition organisée à la mémoire de Big « Z » le plus grand surfeur de tous les temps. Pour cela il va devoir affronter des périples et réaliser que le surf est bien plus qu'une simple compétition.
Les manchots empereurs vivent en colonie en Antarctique. Au milieu de leurs congénères, chaque couple de manchots lutte contre les conditions extrêmes pour perpétuer l'espèce et protéger leur petit des nombreux obstacles et dangers qui les guettent. Chaque année est un cycle qui voit la naissance d'un seul petit manchot par couple, dont beaucoup n'atteindront pas l'âge adulte, voire n'auront pas la chance de naître. Outre le grand froid, le vent et les tempêtes, ils affrontent des prédateurs tels que le léopard de mer et le pétrel géant. Les parents alternent entre protection de l'œuf puis du petit dans l'intérieur des terres (plus stable et protégé que la banquise) et pêche sur le littoral. Des kilomètres de marche sont alors nécessaires pour utiliser les avantages de ces deux territoires alors que le manchot, bien plus à l'aise dans l'eau, est incapable de voler et se déplace avec difficulté sur le continent.
Printemps 1910. Au-dessus de Londres, une jeune femme, assise sur un nuage, attend. Plus près du sol, Bert, homme-orchestre et ramoneur, divertit les passants à l'entrée du parc. Tous les jours à 18 heures précises, l'amiral Boom tire au canon depuis le toit de sa maison pour donner l'heure. Au courant de tout ce qui se passe dans le voisinage grâce à sa lorgnette, il avertit Bert que le temps est à l'orage, pointant vers la maison des Banks. 18 heures est l'heure où George Banks, un employé de banque affairé rentre chez lui. Winifred, sa femme, le précède de quelques minutes, se félicitant des actions menées plus tôt avec ses sœurs suffragettes. Elle se heurte à Katie Nounou, la nurse des enfants Banks, qui lui donne sa démission à la suite d'une énième fugue de Jeanne et Michaël. M. Banks, heureux de rentrer chez lui, s'installe comme d'habitude dans son fauteuil avant de s'apercevoir qu'une chose manque à son rituel, ce que confirme sa femme : il manque ses enfants. Peu après, un policier sonne à la porte, ramenant les enfants et leur cerf-volant cassé après lequel ils avaient couru. Une discussion s'engage alors dans la famille pour définir les qualités de la nouvelle nurse qui va être embauchée. M. Banks a des idées bien précises, les enfants aussi, totalement opposées. M. Banks rédige une annonce, les enfants aussi… La première est publiée dans la presse, l'autre déchirée et jetée dans la cheminée. Un courant d'air entraîne cependant les morceaux déchirés par le conduit de cheminée.
En Antarctique, chaque manchot doit offrir à sa dulcinée, le jour de la « fête de l'amour », le plus joli caillou possible. Si celle-ci accepte le présent, les deux manchots pourront vivre ensemble, heureux. Youbi, un timide au grand cœur, a découvert une très jolie pierre précieuse verte, qu'il pense offrir à celle qu'il aime, Marina. Malheureusement, le méchant Drake, un manchot costaud et violent, est lui aussi amoureux de la belle. Il décide de l'enlever et de la forcer à oublier Youbi. Marina attendra Youbi, qui, pour la retrouver, affrontera les hommes, des tempêtes, des orques… Mais il ne sera pas seul : durant son périple, il fera connaissance d'un manchot nommé Rocko, qui rêve de voler. Rocko aidera donc Youbi à être plus sûr de lui, à surmonter ses peurs… et à retrouver Marina.
Le film, parodiant La Marche de l'empereur, raconte l'histoire en Antarctique d'un groupe de manchots empereurs mâles qui parcourent une distance de soixante-dix kilomètres pour se rendre sur leur lieu de reproduction pour avoir des relations sexuelles avec des femelles qui les y attendent. Parmi ces manchots, Carl (interprété par Bob Saget) et Jimmy (interprété par Lewis Black), ainsi que Marcus (Tracy Morgan) et enfin Steve, un harfang des neiges interprété par Jonathan Katz, sont des amis qui discutent. Ils conseillent leur ami Carl grâce à Freud, en le facturant d'ailleurs pour les deux séances rapides qu'il vient de recevoir. En ce moment même, Melissa (Christina Applegate) et Vicky (Mo'Nique), également amies, se disputent au sujet des mâles tout en laissant également éclater leur colère vis-à-vis des autres femelles présentent qui les dérangent et ce, tandis qu'elles attendent toutes l'arrivée des mâles pour la reproduction.
Quelque part en Antarctique, vit une colonie de manchots ; le roi Calvin et la reine Pénélope, qui dirigent cette colonie, ont deux filles : Crystal et Lucinda. En raison du droit d'aînesse, Crystal doit hériter du pouvoir royal, ce qui lui attire la jalousie de sa sœur. Un jour, jouant avec son ami Eugène, Crystal reçoit un grelot sur la tête.
Un couple de manchots de l'Antarctique, Peter et Polly, se retrouvent séparés. La femelle Polly est prise au piège sur un morceau de glace qui dérive tandis qu'un requin tente de la dévorer. Peter se lance à son secours et seules la chance et la perspicacité arriveront à réunir le couple sous les aurores australes.
En plein pôle sud, nous voyons tout un attirail de plage sortir du trou percé par Bugs dans la glace, puis Bugs lui-même. En vacances de deux semaines (accordées par « Monsieur Warner »), et se croyant sur la plage de Miami, Bugs saute la tête la première dans l'eau de mer, mais en ressort aussitôt bleu de froid. Il est ensuite renversé à deux reprises : par un pingouin (« Playboy Penguin », un manchot, en réalité) puis par un chasseur Inuit. Bugs évince ce dernier et cherche à repartir. Le petit pingouin revient auprès de lui pour implorer son aide. Bugs l'écarte en lui mettant un chapeau haut de forme et un nœud papillon, comme s'il était une personne en smocking. Bugs finit cependant par rester devant la mine triste du pingouin. Mais espérant s'en débarrasser, il pousse discrètement ce dernier dans une descente. Il voit alors le chasseur Inuit capturer Playboy dans un sac. Après avoir essayé de se convaincre que ce n'était pas son affaire, Bugs se reprend et aide playboy à s'échapper en roulant le chasseur. Pour ce faire, il se déguise en femme Inuit et aguiche le chasseur (qui tombe amoureux et lui offre un poisson). Lorsque Bugs est découvert, il s'ensuit une course poursuite en glissade sur la banquise, qui se termine par l'équilibre précaire de l'Inuit et de bugs sur une langue de glace en surplomb d'un précipice. Ils sont sauvés par Playboy qui jette un seau sur la partie de glace qui tombe, arrêtant leur chute quand l'eau se fige en glace. Le lapin descend calmement mais l'Inuit saute de plus haut et traverse le sol, sol qui s'avère être une deuxième langue de glace au-dessus d'un autre précipice ! Le chasseur atterrit sur une baleine de passage, qui l'emmène au large. S'apercevant qu'il n'a plus que 4 jours de vacances, Bugs décide de rentrer chez lui. Mais au grand bonheur de Playboy, Bugs reste finalement avec plaisir lorsqu'il apprend que les « jours » durent 6 mois au pôle sud. Il se déguise lui aussi en « pingouin » avec smocking et chapeau claque, et accompagne Playboy Penguin en se dandinant.