担任博物馆守卫的拉里（本·斯蒂勒 Ben Stiller 饰），这次要带着他的博物馆老古董伙伴们改走国际化路线。为了抢救这个让博物馆古物活过来的神奇“复活黄金碑”，他与他的馆藏好友们必须踏出美国，前往大英博物馆求助法老王阿卡曼拉的父亲以解开这个谜团，并抢在黄金碑的神秘力量消逝前完成任务，但这趟冒险旅途却也意外地唤醒了更多古物，这些老古董远赴重洋地来到英国，究竟会与地头蛇们将闹出什么笑话？刺激惊险的旅程又会碰上什么难题？

在曼哈顿一栋热闹非凡的公寓楼中，当那些两条腿走路的人类出门上班或上学之后，一天才算真正开始。这时，五花八门、品种各异的宠物们开始了自己朝九晚五的生活：结伙闲逛，分享主人的糗事，选拔可爱造型以博取美味零食，把《动物星球》当成真人秀来看。 公寓楼的领头狗麦克（路易·C·K Louis C.K. 配音）是一只机智灵敏的梗犬，他自认为是主人凯蒂（艾丽·坎伯尔 Ellie Kemper 配音）生活的中心，结果当凯蒂把杜老大（艾瑞克·斯通斯崔特 Eric Stonestreet 配音）这只邋遢肮脏、毫无社交技巧的杂种狗领回家之后，他发现自己养尊处优的生活急转直下。当这两只三观不合的宠物狗迷失纽约的穷街陋巷之时，他们不得不放下分歧，齐心协力对抗一只外表毛茸茸却内心狡猾的兔子小白（凯文·哈特 Kevin Hart 配音）。小白召集了一群遭弃的宠物，组成了一支联盟，试图对人类发起反攻。经历了各种波折之后，麦克和杜老大必须在凯蒂下班回来之前赶回家。

自从与玛戈（米兰达·卡斯格拉夫 Miranda Cosgrove 配音）、伊迪丝（达娜·盖伊 Dana Gaier 配音）和阿格蕾丝（埃尔希·费舍 Elsie Fisher 配音）三个可爱的小女孩实现宿命的邂逅，曾经的大坏蛋格鲁（史蒂夫·卡瑞尔 Steve Carell 配音）可真彻底转型了，他金盆洗手，转而化身为慈祥可亲的爸爸和做得一手烂口味布丁果冻的商人。当然凡事没有尽善尽美的，在此期间，憧憬大坏蛋传奇人生的老搭档纳法利欧博士（拉塞尔·布兰德 Russell Brand 配音）离他而去，另谋高就。某天，格鲁被身怀绝技却鲁莽的特工露西·王尔德（克里斯汀·韦格 Kristen Wiig 配音）绑架，原来露西所在的集团研制出可以改变生物基因的药物，可他们位于南极的实验室被神秘窃贼偷走，因此才委托有过坏蛋经验的格鲁做卧底。 经过一番考虑，格鲁接受了这项任务，带着超萌的小黄人们，和露西组成了爆笑连连的追凶搭档……

洗心革面之后，格鲁（史蒂夫·卡瑞尔 Steve Carell 配音）作为特工成绩斐然，却因未能打败坏小子巴萨扎·布莱德（崔·帕克Trey Parker 配音）而被新局长扫地出门。就在此时，他收到一封远方来信，这才得知自己原来还有一个双胞胎兄弟德鲁（史蒂夫·卡瑞尔 Steve Carell 配音）。在德鲁盛情邀请下，格鲁带着妻子露西•王尔德（克里斯汀·韦格 Kristen Wiig 配音）以及玛戈（米兰达·卡斯格拉夫 Miranda Cosgrove 配音）、伊迪丝（达娜·盖伊 Dana Gaier 配音）和阿格蕾丝（埃尔希·费舍 Elsie Fisher 配音）来到了他亲生父亲所居住的地方探亲。德鲁天真烂漫，却一心想和哥哥搭档成为坏蛋二人组。格鲁虽然暂时回归狂野，可正义之心并未泯灭。 尤其当巴萨扎邪恶的计划和三个可爱的孩子牵扯到一起时，他再也无法坐视不理……

黑夜，天神宙斯召见海神波塞冬，称其子偷了闪电火，要挟他若不尽快找回，必将开战。现实中，波塞冬与人妻萨利之子波西·杰克逊（罗根·勒曼 饰）是个大学生，17岁的他可以在水下呆7分钟，但对老师关于莎翁的提问不感兴趣。参观博物馆时，他遇到了摇着轮椅的人马老师（皮尔斯·布鲁斯南 饰）。而文学老师却变身成了复仇女神，向他逼问闪电火的下落。幸好人马教授和羊男朋友及时赶到，化险为夷。他们带波西来到营地，训练波西，他们找来了一个女战士安娜贝斯（亚历珊德拉·达达里奥 饰）与之比武。落败后，触水的波西被激活了潜能，成为奋勇无敌的战士，并开始踏上了追寻闪电火的英雄之旅。面对蛇女美杜莎等神怪的攻击，冥王冥后珀尔赛弗涅的刁难，他的自我救赎只剩下10天……