O filme começa com Alex (Ben Stiller) e os amigos Marty (Chris Rock), Melman (David Schwimmer), Glória (Jada Pinkett Smith) e os lêmures na África. Alex é acordado por Marty, dizendo-lhe que tinha uma surpresa para ele, Marty leva-o até um pequeno desnivel onde revela a sua surpresa de anos que é uma escultura em argila da cidade de Nova Iorque, Alex sente saudades do zoo e decide ir com os seus amigos até Monte Carlo ir buscar os pinguins e os macacos. Alex, Marty, Melman, Glória e os lêmures, vão a nado até Monte Carlo, ao chegarem á claraboia do casino vem os macacos disfarçados de Rei dos Versalhes com os pinguins escondidos no vestido. Quando Alex vai descer para os apanhar, ele e Marty discutem, irritando Glória que avança até eles e acaba por partir a clarabóia, caindo os quatro no centro da sala, e as pessoas fogem assustadas, o chefe da segurança pede para ligar á capitã do controle de animais Chantel Dubois, que ao saber que um dos animais é um leão fica entusiasmada, pois para chegar á meta da sua vida precisa caçar e obter a cabeça do rei dos animais,enquanto isso Capitão chama o carro comandado por Recruta e Rico, os animais conseguem fugir no carro mas de repente são preseguidos por Dubois e os seus ajudantes, que acaba por conseguir apanhá-los, então para fugirem os pinguins ligam o nitro, que acaba por levá-los a um prédio isolado. Logo a seguir aparece o avião pilotado pelos macacos, quando estavam prestes a subir para o avião aparece Dubois,quanto Melman se agarrou á corrente de macacos Dubois consegue agarrar-lhe o pescoço com a sua corda, e acaba por voar com eles, então Alex desçe pela corrente,e corta a corda, fazendo Dubois cair numa piscina. De repente o avião despenha-se,os macacos fogem ficando só Phill, Mason e os pinguins dizem que o avião morreu de vez. De repente aparecem os carros da policia e eles fogem,mas então param em frente de uma carruagem de um comboio com a imagem de um tigre, então a porta abre-se e vê-se o tigre de nome Vitaly (Bryan Cranston) Alex pede-lhe para se esconderem lá dentro até os policias irem embora mas ele diz que lá só podem entrar animais de circo e fecha a porta, o comboio começa a andar, então Alex reage e diz que são de um circo, a porta abre-se e aparece Gia(Jessica Chastain) uma jaguar, que os ajuda dizendo que o circo tinha de estar unido. Já dentro da carruagem Stefano(Martin Short) um leão-marinho pergunta-lhes qual é a sua atuação e Alex inventa uma que consiste em saltar de uma pedra alta e cair dentro de uma piscina cheia de cobras aquáticas, mas escapa á ultima hora libertando-se das cordas e acionando uma mochila a jato, e distribui balões às crianças(ao qual ele chama de trapézio americano).Stefano diz-lhes então que depois de irem para Roma iriam para Londres onde um promotor se gosta-se do que visse iria dar-lhes um contrato para Nova Iorque. Eles decidem ir também mas Vitaly diz que o dono não tolera clandestinos, mas os pinguins ouviram isso e no dia seguinte compram o circo.O Rei Julien entra na carruagem de Sonia, uma ursa que anda de bicicleta e apaixona-se.Entretanto Dubois apalha-lhes o rastro e também vai para Roma, quando chegaram começa o espetáculo e então Alex vê que as atuações deles são horriveis,Sônia e Rei Julien estão ausentes e Julien compra-lhe uma moto, porque a bicicleta havia se partido, e Dubois acaba presa por ter roubado uma mota de polica para os seguir.Á noite com o comboio em andamento, Stefano diz a Alex que o Circo Zaragoza já foi o número um de toda a Europa e que Vitaly era a sua estrela, ele passava por arcos minusculos o que era fisicamente impossível até que um dia ele foi longe demais e pediu para porem fogo num arco do tamanho de um anel, como ele usava azeite para escorregar melhor o seu pelo inflamou-se, perdendo a sua paixão e o seu pelo que quando cresceu já não era macio, e foi ai que o circo também caiu. Enquanto isso Dubois consegue fugir da prisão, pesquisa na internet por um leão desaparecido e encontra a notícia de Alex que está desaparecido, quando passou pela clinica médica onde os seus ajudantes estavam internados, ela começa a cantar uma canção que os emociona e cura milagrosamente. Enquanto isso Alex incentiva, os animais a fazerem um novo espetáculo, que é bem aceito depois de um discurso, ficando assim: Stefano e Marty são os homens bala, Melman e Glória dançam numa corda bamba, Alex e Gia são trapezistas, os elefantes fazem acrobacias nos lenços chineses, e os cavalos nos tranpolins, os cães andam de patins a jato, Sônia faz o mesmo número mas desta vez com uma moto e juntamente com o Rei Julien,e Vitaly diz que vai fazer um salto a pedido de Gia e Stefano. Mas de repente os pinguins aparecem e dizem a Alex que a Dubois voltou. Eles entram todos no comboio á pressa, mas Vitaly abre o armário onde guardava os arcos por onde passava e teve de novo a visão do dia do acidente. Em Londres no dia do espetáculo, Alex vê Stefano chorar e ele diz-lhe que Vitaly vai embora, Alex consegue c