今年年底佳节，照明娱乐全球卖座动画电影系列的全新篇章即将展开，有更伟大的梦想和更多超夯流行金曲。野心勃勃的无尾熊巴斯特穆恩，以及他旗下的全明星动物艺人，即将呈献史上最华丽耀眼的舞台大秀…而且是在绚烂夺目的世界娱乐之都举行。但是有一个难关：他们必须先说服全世界最孤僻的摇滚巨星－由音乐传奇人物波诺首度为动画片献声演出－加入他们的表演行列。巴斯特（金奖影帝马修麦康纳 配音）以及他旗下的艺人将他的新穆恩剧院，转变成当地最火红的表演场地，但是他现在有一个更大的野心，那就是在光芒万丈的红滩市的克里斯托塔剧院，举办一场全新歌舞大秀的首演会。

超级坏蛋格鲁（史蒂夫·卡瑞尔 Steve Carell 配音）在听说埃及金字塔被盗的新闻后不满市面上新贼辈出，决定在纳法利欧博士（拉塞尔·布兰德 Russell Brand 配音）的帮助下建造火箭升空盗取月亮。在向坏蛋银行贷款的过程中，格鲁盗取的收缩射线枪被新贼维克托（杰森·席格尔 Jason Segel 配音）抢走。为了夺回收缩射线枪，格鲁决定领养三位孤儿——玛戈（米兰达·卡斯格拉夫 Miranda Cosgrove 配音）、伊迪丝（达娜·盖伊 Dana Gaier 配音）和阿格蕾丝（埃尔希·费舍 Elsie Fisher 配音），利用她们进入维克托的城堡兜售饼干的机会实施偷盗，计划成功后再偷偷处理掉三个小孩。然而在平凡的日常相处中，格鲁却发现自己越来越离不开这三个小鬼，但这样的感情用事却将严重影响周密的盗月计划……