Vindos da franquia de animação Madagascar, Capitão, Kowalski, Rico e Recruta, a elite do pinguins espiões, são capturados em uma missão que tinha como objetivo presentear o integrante mais novo da tropa (Recruta) em seu aniversário. Eles caem nas garras do temido Dr. Otavius Brine, que se sentiu prejudicado pelo quarteto em um passado remoto. Agora, eles vão ter que impedir o maléfico plano do vilão de se vingar dos pinguins do mundo todo e, para isso, terão que juntar forças com uma especializada agência de espiões, a Vento do Norte, liderada pelo Agente Secreto. Enquanto isso, Recruta tenta provar seu valor como agente especial do time de pinguins.

Nossos amigos animais Alex, Marty, Glória e Melman vão para a Europa e passam a ser perseguidos por uma agente de controle de animais. Para despistá-la, eles se juntam a um grupo circense que sonha em se apresentar em Nova York, o lar dos animais.

Alex, Marty, Melman, Gloria, Rei Julien, Maurice, os pinguins e os chimpanzés estão no longínquo litoral de Madagascar. Para deixar o local os pinguins consertam um velho avião de guerra, mas logo em seu 1º voo ele cai. Isto faz com que os animais do zoológico de Nova York tenham que lidar, pela 1ª vez na vida, com espécies semelhantes a eles, só que habituadas à vida selvagem.

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.

A formiguinha Z apenas um operário, que sonha roubar o coração da princesa Bala. Para isso, convence seu amigo soldado a trocar de lugar com ele, o que faz com que tenha que enfrentar o impiedoso General Mandíbula, que planeja uma grande ofensiva contra o formigueiro.