به دنبال وقایع فیلم قبلی ، پنگوئن ها – اسکیپر ، کوالسکی ، ریکو و پریوت – و شامپانزه های میسون و فیل با هواپیمای اصلاح شده خود آفریقا را به مقصد مونت کارلو ترک کردند. وقتی آنها برنگشتند ، الکس شیر دوستانش مارتی گورخر ، ملمان زرافه و گلوریا اسب آبی را متقاعد می کند که باید آنها را پیدا کنند و به خانه خود در باغ وحش پارک مرکزی برگردند. آنها با دوستان لمور خود از ماداگاسکار – پادشاه ژولین ، موریس و مورت – پنگوئن ها و شامپانزه ها را در کازینو مونت کارلو پیدا می کنند. هرج و مرج به وجود آمد و حیوانات به سختی از دست Chantel DuBois افسر کنترل حیوانات که تصمیم دارد سر الکس را به مجموعه تاکسیدرمی خود اضافه کند ، فرار می کنند.
وقتی هواپیمای آنها سقوط می کند ، حیوانات سوار قطار سیرک در حال عزیمت می شوند. حیوانات سیرک – استفانو شیر دریا ، گیای جگوار و ویتالی ببر – به افراد خارجی مشکوک هستند ، بنابراین الکس با ادعای اینکه آنها حیوانات سیرک آمریکایی هستند دروغ می گوید. سیرک ها برای اجرا در رم و سپس یک نمایش در لندن حرکت می کنند ، جایی که آنها امیدوارند یک مروج آمریکایی را تحت تأثیر قرار دهند تا اولین تور آمریکایی خود را برگزار کنند. برای از بین بردن سوicion ظن ، پنگوئن ها سیرک را از مدیر حلقه انسانی خود خریداری می کنند. در رم ، الکس شیفته Gia می شود در حالی که King Julien عاشق خرس سونیا می شود. DuBois و افرادش جولین و سونیا را تعقیب می کنند اما موفق به گرفتن آنها نمی شوند و دستگیر می شوند.
اجرا در رم یک فاجعه است: اقدامات حیوانات به هم می خورد و مخاطبان عصبانی آنها را بدرقه می کنند. استفانو برای الکس توضیح داد که سیرک زمانی مشهور بود و ویتالی ستاره آن بود و ماهرانه از حلقه های کوچکتر می پرید. با این حال ، یک روز او سعی کرد از یک حلقه شعله ور ریز بپرد و روغن زیتونی که به عنوان روان کننده استفاده می کرد آتش گرفت. این حادثه باعث شد ویتالی شور و اشتیاق خود را از دست بدهد و در نتیجه کل سیرک آسیب دید. الکس حیوانات سیرک را متقاعد می کند تا اقدامی جدید ، مهیج و کاملاً حیوانی انجام دهند که شکوه قبلی آنها را بازگرداند مارتی و استفانو در تیراندازی از یک توپ احساس جدیدی پیدا می کنند ، در حالی که ملمان و گلوریا در رقصیدن با هم بر روی یک طناب مهارت پیدا می کنند. جیا الکس را ترغیب می کند که “Trapeze Americano” را به او بیاموزد و این دو شروع به عاشق شدن می کنند. در همین حال ، DuBois از زندان فرار می کند و پیگیری خود را از سر می گیرد.
در لندن ، ویتالی از شکست دوباره می ترسد و قصد فرار دارد ، اما الکس به او کمک می کند تا علاقه خود را برای انجام کارهای غیرممکن کشف کند. به پیشنهاد الکس ، ویتالی خود را با نرم کننده مو روغن کاری می کند و موفق می شود از حلقه شعله ور کوچک رد شود. این نمایش یک موفقیت چشمگیر است و مروج آمریکایی سیرک را برای عقد قرارداد امضا می کند. DuBois نشان داده می شود ، و اگرچه پنگوئن ها نقشه او را خنثی می کنند ، سندی که همراه داشت به دیگران نشان می دهد که الکس ، مارتی ، ملمان و گلوریا واقعاً حیوانات سیرک نیستند ، بلکه حیوانات باغ وحش هستند که سعی در رسیدن به خانه دارند. حیوانات سیرک احساس خیانت می کنند و چهار نفر را بیرون می کشند.
حیوانات باغ وحش و سیرک راه های جداگانه خود را طی می کنند اما همزمان به پارک مرکزی می رسند. حیوانات باغ وحش با نگاهی به خانه قدیمی خود متوجه می شوند که ماجراهای آنها چقدر آنها را تغییر داده و تصمیم می گیرند که مکان واقعی آنها در سیرک باشد. DuBois آنها را نشان می دهد و آنها را آرام می کند ، اما کارمندان باغ وحش قبل از اینکه سر الکس را ببرد ، به اشتباه باور دارند که او حیوانات گمشده را برمی گرداند. پادشاه جولین با انتشار خبر دوباره آن را به سیرک بازمی گرداند و گیا دیگران را متقاعد می کند که باید دوستان خود را نجات دهند. حیوانات باغ وحش در محفظه های قدیمی خود بیدار می شوند ، اکنون توسط نرده های بلند احاطه شده است. DuBois توسط کارکنان باغ وحش مورد احترام قرار می گیرد ، اما مخفیانه دارت پر از سم را بار می کند و آلکس را هدف می گیرد. گیا روی یک ذوزنقه می چرخد و او را نجات می دهد ، فاش می کند که حیوانات سیرک را به “سیرک پرنده” بالون های هوای گرم تبدیل کرده اند. آنها حیوانات باغ وحش را نجات می دهند و با هم DuBois را شکست می دهند. الکس و دوستانش به طور دائم به سیرک می پیوندند و پنگوئن ها DuBois و مردانش را در جعبه هایی که به ماداگاسکار می روند ، می فرستند.
