Após um acidente, o Gato de Botas se dá conta de que perdeu oito de suas nove vidas. Mesmo traumatizado, ele encontra uma forma de tentar recuperá-las em uma grande aventura.

Após a desastrosa tempestade de comida no primeiro filme, Flint (Bill Hader) e seus amigos são obrigados a deixar a cidade de Boca Grande. Sem saída, ele aceita o convite de seu ídolo, Chester V (Will Forte), e junta-se à The Live Corp Company, que reúne os melhores inventores do mundo. Porém, quando descobre que sua máquina ainda funciona e agora cria perigosas comidas animalescas mutantes, Flint decide retornar e tentar salvar o mundo.

Decepcionado com sua turma, que prefere cuidar das obrigações familiares a participar de sua viagem anual, Boog parte sozinho e acaba dentro de um picadeiro de circo. Ao trocar de lugar com um artista e se apaixonar por uma russa, ele aprende que talvez não seja preciso escolher entre a família e os amigos.

Com saudade do tempo em que era um verdadeiro ogro, Shrek assina um contrato enfeitiçado com Rumpelstiltskin e... puf! Em um instante, tudo e todos se transformam. De repente Burro não se lembra de seu melhor amigo, Fiona agora é uma valente princesa guerreira e Gato de Botas é só um gato gordo! Juntos, eles precisam reverter o contrato em apenas 24 horas, para salvar Tão Tão Distante e restaurar seus dias felizes para sempre.

Animais se juntam para salvar o Sr. Weenie, sequestrado por um grupo de bichos domesticados que quer devolvê-lo aos antigos donos.

Quando seu sogro-sapo dá o último coaxo, Shrek embarca em mais uma tresloucada aventura, com Burro e Gato de Botas, para encontrar um novo herdeiro para o trono. O elenco favorito de personagens está de volta e trazendo novos, como Merlin, um mágico trapalhão, um esquisito Arthur, uma turma de poderosas princesas e um bando de surpreendentes aparições. Só mesmo Shrek para contar uma história onde todos vão viver gargalhando para sempre.

Boog (Martin Lawrence) é um urso pardo domesticado, que vive na pacata cidade de Timberline. Ele é a grande estrela dos shows ecológicos de sua cidade, sendo que à noite desfruta das acomodações da garagem de Beth (Debra Messing), uma guarda florestal que o criou desde que era filhote. Porém nem todos gostam de Boog. Shaw (Gary Sinise) é um deles, pois acredita que os animais estão conspirando contra os humanos. Em uma de suas caçadas ele traz à cidade Elliot (Ashton Kutcher), um cervo de um único chifre que ainda está vivo. Após vários pedidos, Boog decide ajudá-lo e solta Elliot. Querendo retribuir o favor, Elliot segue Boog até sua casa e decide libertá-lo de sua garagem, a qual considera como sendo seu cativeiro.

O leão Alex é a grande atração do zoológico do Central Park, em Nova York. Ele e seus melhores amigos, a zebra Marty, a girafa Melman e a hipopótamo Gloria, sempre passaram a vida em cativeiro e desconhecem o que é morar na selva. Curioso em saber o que há por trás dos muros do zoo, Marty decide fugir e explorar o mundo. Ao perceberem, Alex, Gloria e Melman decidem partir à sua procura. O trio encontra Marty na estação Grand Central do metrô, mas antes que consigam voltar para casa são atingidos por dardos tranquilizantes e capturados. Embarcados em um navio rumo à África, eles acabam na ilha de Madagascar, onde precisam encontrar meios de sobrevivência em uma selva verdadeira.

Após se casar com a Princesa Fiona (Cameron Diaz), Shrek (Mike Myers) vive feliz em seu pântano. Ao retornar de sua lua-de-mel Fiona recebe uma carta de seus pais, que não sabem que ela agora é um ogro, convidando-a para um jantar juntamente com seu grande amor, na intenção de conhecê-lo. A muito custo Fiona consegue convencer Shrek a ir visitá-los, tendo ainda a companhia do Burro (Eddie Murphy). Porém os problemas começam quando os pais de Fiona descobrem que ela não se casou com o Príncipe (Rupert Everett), a quem havia sido prometida, e enviam o Gato de Botas (Antonio Banderas) para separá-los.

Em um pântano distante vive Shrek (Mike Myers), um ogro solitário que vê, sem mais nem menos, sua vida ser invadida por uma série de personagens de contos de fada, como três ratos cegos, um grande e malvado lobo e ainda três porcos que não têm um lugar onde morar. Todos eles foram expulsos de seus lares pelo maligno Lorde Farquaad (John Lithgow). Determinado a recuperar a tranquilidade de antes, Shrek resolve encontrar Farquaad e com ele faz um acordo: todos os personagens poderão retornar aos seus lares se ele e seu amigo Burro (Eddie Murphy) resgatarem uma bela princesa (Cameron Diaz), que é prisioneira de um dragão. Porém, quando Shrek e o Burro enfim conseguem resgatar a princesa logo eles descobrem que seus problemas estão apenas começando.