Действие разворачивается в 1994 году, когда стажерка музея Елена Уоллес и бывший военный Ной Диас случайно находят артефакт, пробуждающий древних трансформеров — звероботов. Их путь пересекается с конфликтом, идущим с времён падения цивилизации майя: могущественные звероботы, способные принимать формы древних животных, вступают в схватку с безжалостными террорконами, угрожающими поработить Землю.
Знакомые по первому фильму обитатели нью-йоркского зоопарка — лев Алекс, зебра Марти, жираф Мелман и бегемотиха Глория — снова оказываются в невероятных приключениях. Не выдержав излишней комфортной жизни на острове Мадагаскар, друзья решают вернуться домой, в Нью-Йорк. Однако их самодельный самолет терпит крушение, и вся компания вновь оказывается в совершенно неожиданном месте — на просторах...