影片讲述松鼠奎特（克里斯·韦奇 Chris Wedge 配音）为了追松果，偶然引发了宇宙事件，改变并威胁着冰川时代的世界。为了拯救自己，话唠树懒希德（约翰·雷吉扎莫 John Leguizamo 配音）、猛犸象曼尼（雷·罗马诺 Ray Romano 配音）、剑齿虎迪亚哥（丹尼斯·利瑞 Denis Leary 配音），以及别的动物群族必须离开家园，踏上了他们充满喜剧色彩的冒险旅程，他们来到了充满异国情调的新大陆，并遇到了许多形形色色的新角色。

阿蓝（Jesse Eisenberg 配音）是一只世界上极其稀少的蓝色金刚鹦鹉，当他还是雏鸟时，便被可鄙的偷猎者从里约的热带丛林中掳到美国。阴差阳错，他变成了小女孩琳达的宠物，从此相伴多年，如今的阿蓝俨然一个养尊处优的宅男，甚至到忘记了如何飞行。某天，名叫图里奥（Rodrigo Santoro 配音）的鸟类学家经过琳达（Leslie Mann 配音）经营的书店，他被阿蓝所震惊，并希望能将阿蓝带回里约，与世上仅存的另外一只雌鸟繁衍后代。 虽然心怀不安，但是考虑到蓝色金刚鹦鹉的命运，琳达还是带着阿蓝来到里约。阿蓝顺利见到了美丽的同类茱儿（Anne Hathaway 配音）。茱儿则一心逃离樊笼，回归大自然。与此同时，一伙犯罪分子盯上了这群可爱的小生灵……

中情局分析师苏珊（梅丽莎·麦卡西 Melissa McCarthy 饰），是位专门协助处理危险任务却不为人知的后勤人员，她的搭档布莱德利（裘德·洛 Jude Law 饰）在一次行动中突然失踪，也波及另一位顶尖中情局探员瑞克（杰森·斯坦森 Jason Statham 饰 ）的安危。为了找出搭档的下落，拯救这个岌岌可危的世界，苏珊自愿充当卧底，混进史上最危险的军火商集团，试图查出事情的真相，并与蛇蝎美女头目（萝丝·拜恩 Rose Byrne 饰）斗智斗勇。然而在英勇救难的惊险过程中，苏珊发现事情远没有她想象的那么简单……