Après leurs aventures africaines, Alex le lion, Marty le zèbre, Melman la girafe, et Gloria l’hippopotame veulent rentrer chez eux au zoo de New-York. Pour y parvenir, ils vont s'engager dans un cirque ambulant.

Erik est le fils de Mumble, le pingouin roi de la danse. Erik ne semble pas avoir les mêmes dons de danseur que son père. Il fait une fugue et rencontre le fascinant Sven le Puissant, un pingouin capable de voler.

Agathe Cléry est directrice de marketing d'une ligne de cosmétiques pour les peaux claires. Elle est blanche et raciste. Or elle est subitement atteinte d'une maladie de peau très rare: elle se réveille un matin noire.

Après rafistolage d'une carcasse d'avion par les pingouins, les animaux échoués sur Madagascar s'envolent vers New York mais se crashent en Afrique. Ils rencontrent alors pour la première fois leurs semblables dans leur habitat naturel.

Rêvant de revenir à la vie sauvage, des animaux s'évadent d'un zoo new-yorkais et arrivent sur l'île de Madagascar.

Afin de retrouver la femme du maire de Marie-Galante qui a été enlevée à Paris, tous les Antillais de la capitale (Médecins, infirmières, fonctionnaires ) vont aider le commandant Herman qui est chargé de l'enquête.