À New York, dans un immeuble d'habitation de Manhattan, la vie de Max en tant qu'animal de compagnie préféré est chamboulée lorsque sa propriétaire ramène à la maison un bâtard nommé Duke. Ils doivent cependant mettre leurs différends de côté quand ils découvrent qu'un adorable lapin blanc prépare une armée d'animaux de compagnie abandonnés destinée à se venger de tous les animaux de compagnie heureux, ainsi que de leurs propriétaires.
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.
Carl Fredricksen, petit garçon, rêve d'être un explorateur depuis qu'il a vu aux actualités du cinéma les exploits de Charles Muntz, célèbre aventurier qui, à bord de son dirigeable et accompagné de ses chiens, a découvert les chutes du Paradis, un tepuy perdu au Venezuela, mais qui ensuite a ramené un squelette qui a été considéré comme un faux par les scientifiques, ce qui a contraint Charles à aller en Amérique du Sud dans un seul but : prouver qu'il a raison. Jouant dans la rue en imitant son héros, Carl fait la connaissance d'Ellie, une petite fille délurée qui partage le même rêve que lui.
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.
Jafar, le vizir royal de la ville fictive d'Agrabah, en Arabie, près du Jourdain, et son perroquet Iago, cherchent une lampe magique cachée dans la Caverne aux Merveilles. Ils apprennent qu'une seule personne est digne d'y entrer : « le diamant d'innocence », qui se révèle être Aladdin, un jeune homme orphelin qui vit en volant de la nourriture aux marchands des souks. La princesse Jasmine d'Agrabah, contrainte par la loi à devoir épouser un prince plutôt qu'un homme qu'elle aime, s'échappe du palais et rencontre Aladdin ainsi que son singe de compagnie, Abu. Les gardes du palais capturent Aladdin sous les ordres de Jafar. Jasmine fait alors face à Jafar et demande à ce qu'on libère Aladdin, mais Jafar ment et lui annonce qu'Aladdin a été exécuté par décapitation.
Le jeune faucon Kai s'ennuie au quotidien dans l'avant-poste peu animé où il mène une vie austère sous l'égide de son père, Tendai. Il lui est interdit de s'aventurer au-delà de la frontière du Katungu, mais il soupçonne l'existence d'un monde bien plus intéressant au-delà. Un jour, il fait accidentellement la rencontre de deux oiseaux venus d'ailleurs : Gogo, un jabiru femelle, et Tini, un tisserin femelle, sa copilote. Toutes deux lui parlent avec enthousiasme de Zambezia, une grande ville d'oiseaux, située plus loin le long du fleuve. Au cours d'une dispute avec son père, Kai découvre que Tendai connaissait l'existence de cette ville passionnante et s'y est même rendu lui-même par le passé, mais lui avait dissimulé son existence jusque-là. Scandalisé et en colère contre son père, le jeune faucon quitte son foyer et suit le cours du fleuve jusqu'à Zambezia.
Blu est un véritable oiseau rare. C'est le dernier mâle de son espèce avec une petite particularité : il ne sait pas voler ! Dans le confort de sa petite vie bien rangée avec Linda, sa propriétaire, cela n'a jamais posé le moindre souci. Mais lorsqu'il est obligé de quitter ses habitudes et le froid du Minnesota pour s'aventurer au cœur des merveilles exotiques de Rio, il doit s'attendre à perdre quelques plumes ! Il est envoyé à Rio de Janeiro au Brésil pour faire la rencontre de Perla, la dernière femelle de son espèce, qui elle, aspire à une seule chose : vivre libre en virevoltant dans la jungle luxuriante.
Blu a su prendre son envol à Rio de Janeiro, accompagné de Perla, leurs trois enfants et leurs amis. Lors de leur expédition dans la forêt d'Amazonie, Linda et Tulio sont persuadés que l'espèce du ara bleu n'est pas totalement éteinte. Blu, sa famille et ses amis partent alors en Amazonie, à la recherche de leur semblables. À leur arrivée, ils se font "kidnapper" par de mystérieux oiseaux. Il s'agit de aras bleus qui vivent au cœur de la forêt et leur chef n'est autre que le père de Perla. Blu va être confronté une nouvelle fois au fameux Hector, faisant son grand retour dans la peau de Shakespeare avec une grenouille venimeuse chanteuse d'opéra nommée Gabi et Charlie, un tamanoir danseur qui raffole des fourmis, dans l'espoir d'une vengeance diabolique. Mais nos amis sont loin de savoir que leur plus grande menace approche à grands pas.
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.
L'histoire commence avec Red, un oiseau souvent colérique à cause de plusieurs raisons injustes envers lui, qui court comme un dératé pour effectuer une livraison chez une famille d'oiseaux, officiant en tant que clown pour anniversaire. Il leur apporte un gâteau, mais un accident se produit : Red brise accidentellement un œuf, dont le petit le prend pour son père, tout cela à cause des parents l'ayant volontairement prit de haut suite a son retard.
En 1607, un navire anglais transportant des colons de la Virginia Company fait voile vers l'Amérique du Nord à la recherche d'or et de richesses diverses. Sur le navire, les dirigeants sont le capitaine John Smith et le gouverneur John Ratcliffe. Un jour, un orage éclate, et Smith sauve la vie d'un jeune colon inexpérimenté du nom de Thomas quand ce dernier passe par-dessus bord.
Donald Duck reçoit en cadeau d'anniversaire une énorme boîte. Il y découvre un projecteur cinématographique, des bobines de films, un livre et un disque. Elles contiennent des souvenirs et informations sur l'Amérique du Sud et le Mexique qui lui permettent de retrouver ses amis José Carioca et Panchito Pistoles, un coq vêtu en charro.