故事发生在一个所有哺乳类动物和谐共存的美好世界中，兔子朱迪（金妮弗·古德温 Ginnifer Goodwin 配音）从小就梦想着能够成为一名惩恶扬善的刑警，凭借着智慧和努力，朱迪成功的从警校中毕业进入了疯狂动物城警察局，殊不知这里是大型肉食类动物的领地，作为第一只，也是唯一的小型食草类动物，朱迪会遇到怎样的故事呢？
近日里，城中接连发生动物失踪案件，就在全部警员都致力于调查案件真相之时，朱迪却被局长（伊德瑞斯·艾尔巴 Idris Elba 配音）发配成为了一名无足轻重的交警。某日，正在执勤的兔子遇见了名为尼克（杰森·贝特曼 Jason Bateman 配音）的狐狸，两人不打不相识，之后又误打误撞的接受了寻找失踪的水獭先生的任务，如果不能在两天之内找到水獭先生，朱迪就必须自愿离开警局。朱迪找到了尼克，两人联手揭露了一个隐藏在疯狂动物城之中的惊天秘密。

6500万年前，一颗小行星与地球擦肩而过，称霸这个世界的恐龙懵懵懂懂地逃过了灭顶之灾。之后又过了数百万年，恐龙的智力得到进化，它们学会种植、畜牧、建筑，并且拥有属于自己的语言和家庭。某座山脚下的平原地带，雷龙一家迎来三个性格各异的娃娃，最小的阿洛（雷蒙德·奥乔亚 Ray mond Ochoa 配音）孱弱胆怯，与父亲的生离死别更在他的心中投下难以磨灭的阴影。一连串的事件过后，他与妈妈、哥哥、姐姐相隔万里。阿洛将这一切都归罪于原始人类的小孩点点（杰克·布赖特 Jack Bright 配音）。而点点似乎不为所动，他主动亲近阿洛，仿佛是一条忠诚勇敢的小狗。
在充满坎坷和危险的回家之路上，阿洛与点点结伴而行，而这两个本不该碰面的恐龙和人类，将缔结超越了种族和时空的纯真友情……