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。

未来世界的超级都市旧京山（San Fransokyo），热爱发明创造的天才少年小宏，在哥哥泰迪的鼓励下参加了罗伯特·卡拉汉教授主持的理工学院机器人专业的入学大赛。他凭借神奇的微型磁力机器人赢得观众、参赛者以及考官的一致好评，谁知突如其来的灾难却将小宏的梦想和人生毁于一旦。大火烧毁了展示会场，而哥哥为了救出受困的卡拉汉教授命丧火场。身心饱受创伤的小宏闭门不出，哥哥生前留下的治疗型机器人大白则成为安慰他的唯一伙伴。原以为微型机器人也毁于火灾，谁知小宏和大白竟意外发现有人在某座废弃工厂内大批量地生产他的发明。
稍后哥哥的朋友们弗雷德等人也加入进来，他们穿上小宏发明的超级战士战斗装备，和怀有险恶阴谋的神秘对手展开较量……