A Madagascar, Alex le lion, Marty le zèbre, Melman la girafe et Gloria l'hippopotame cherchent à retourner à New York. Aidés par les pingouins, ils ont réparé une épave d'avion et prennent leur envol, cap vers l'Amérique. Hélas, les compétences en mécanique des oiseaux étant limitées, l'appareil doit se poser en catastrophe dans un territoire inconnu. Avec le concours d'une tribu de chimpanzés, les pingouins retournent réparer l'avion pendant que le reste de la bande explore les environs. Ils découvrent une faune variée qui leur ressemble et réalisent qu'ils sont arrivés dans une réserve africaine. Et pas n'importe laquelle : celle où vivent les parents d'Alex.