将踢踏舞带回南极大陆的曼波，也将笑语欢歌带回了这片寒冷的土地。他每天和同伴们跳舞唱歌，帝企鹅家族沉浸在无尽的欢乐中。可是曼波的儿子艾利克（Ava Acres 配音）似乎完全不擅长歌舞，他在同伴面前出了丑，内心觉得分外沮丧，于是和两个好朋友离开了帝企鹅的地盘。他们跟随雷蒙来到了久违的Adeline，这里狂热的歌舞所包围。原来，一只会飞的企鹅萨文不久前来到此地，他历经千辛万苦，也见识了世界的沧桑巨变，Adeline的企鹅们全部视他为先知。在萨文的帮助下，艾利克决定和曼波回家。可是此时大地发生震动，温室效应变得愈加明显，冰川融化，积雪消融，南极大陆面临着一场巨大的变动……

玛宝是帝企鹅家族中的另类分子，经常受到排挤歧视——原因是在帝企鹅里面，不会唱歌是一件丢人的事情，而玛宝恰恰是这样的企鹅。但是，他格外擅长舞蹈，舞技超群的绝艺却没有带给他幸运，铁面领袖把他赶出了族门。
玛宝在外面的世界流浪，却碰上了另一个族群：阿德利企鹅。这群企鹅嗜好跳舞，自诩“2266歌舞团”，他们惊叹于玛宝的舞步，邀请他前去舞会狂欢。然而，在前往舞会的路上，玛宝遇到了一个踩着摇滚舞步的流浪者，他指引玛宝去解开心中的谜团：为什么企鹅食物会越来越少，为什么海平面有大型的铁皮船，为什么船上的人对企鹅残暴不仁。于是玛宝追踪一艘铁壳船，闯入了人类的世界。

上一部中，熊猫阿宝（杰克·布莱克 Jack Black 配音）功成名就，成为名震四方的神龙大侠。平日里他随同师傅（达斯汀·霍夫曼 Dustin Hoffman 配音）以及盖世五侠：悍娇虎 （安吉丽娜·朱莉 Angelina Jolie 配音）、猴王（成龙 Jackie Chan 配音）、快螳螂（塞斯·罗根 Seth Rogen 配音）、俏小龙（刘玉玲 Lucy Liu 配音）、灵鹤（大卫·克罗斯 David Cross 配音）在和平谷修炼，生活悠哉游哉。这一日，一伙恶徒闯入山谷抢夺金属材料，在与他们交手中阿宝意外产生幻觉，由此对自己的身世感到疑惑。
另一方面，恶徒的魁首白孔雀沈王爷（加里·奥德曼 Gary Oldman 配音）正图谋闯入王宫，称霸全中国。新的正邪大战拉开序幕，阿宝他们面临前所未有的挑战……