Nadat ze aan Afrika ontsnapt, bevinden ze zich in Monte Carlo, waar ze proberen op te gaan in de lokale bevolking. Maar hun wilde capriolen trekken de aandacht van kapitein Chantel Dubois, een dierencontrole -officier geobsedeerd door het veroveren van Alex.
Om aan haar achtervolging te ontsnappen, sluiten de dieren zich aan bij een reizende circus en gaan ze aan op een Europese tournee, die in verschillende landen optreden. Ze komen een gevarieerde cast van circusartiesten tegen, waaronder een charismatische jaguar genaamd Gia en de flamboyante Vitaly the Tiger.
Onderweg ontdekt Alex zijn innerlijke rockstar en leidt het circus in een spectaculaire muzikale uitvoering op de Eurovisie Songfestival.
Ondertussen leidt Marty's niet aflatende geloof in zijn "bestemming" hem tot een verrassende ontdekking over zijn verleden, en Melman valt onverwachts voor Gia.
Naarmate hun roem groeit, sluit de dierencontrole -officier hen af, wat leidt tot een laatste confrontatie in Monte Carlo.
De film eindigt met Alex en zijn vrienden die eindelijk terugkomen naar New York, zich realiseren dat "thuis" is waar ze ook zijn met elkaar.