ドリームワークス製作の大ヒット・アニメーション・シリーズ第三弾で、今回は３Ｄ版も上映。ニューヨークの動物園から逃走した動物たちが故郷に帰るために、今度はサーカス団に加わってヨーロッパを舞台に大騒動。監督は前二作と同じくエリック・ダーネルとトム・マッグラスのコンビに加え、コンラッド・ヴァーノンも迎えられた。声の出演はレギュラーのベン・スティラー、クリス・ロックら。
ニューヨークの動物園育ちのライオンのアレックス、キリンのメルマン、カバのグロリア、シマウマのマーティは、園を脱走してマダガスカル島に流れ着き、さらにはアフリカでいやというほど自然の厳しさを味わい、一刻も早く故郷のＮＹに帰りたがっていた。しかし彼らを置いて救出を求めるために旅立ったペンギンズは戻ってこない。痺れを切らした四頭はペンギンたちが向かったモンテカルロに自力で向かうことに。
するとやはりペンギンズはカジノで大儲けをして豪勢な暮しを満喫していた。だがアレックスらの登場でインチキ行為が発覚。あわてて逃げ出す途中で遭遇したのが、ライオンの頭をはく製にする夢を持つ女警部デュボアとその精鋭部隊。指名手配を受けたアレックスたちの大ピンチを救ってくれたのは列車で旅をするロシア・サーカスの一団だった。虎のビターリ、ジャガーのジア、オットセイのステファノらに、自分たちはアメリカの一流サーカス出身とごまかし、一緒に旅することに。もしかするとサーカス団のニューヨーク公演が決まれば、故郷に帰れるかもしれないと考えたアレックスたち。ペンギンズがカジノで儲けた金で経営者からサーカスを買ってしまうが、実はこのサーカス、おんぼろ一座だった。
ローマでの公演が失敗し、ロンドンでの公演で成功しなければ、ニューヨーク公演はおじゃん。アレックスは新しい仲間たちと力を合わせ、サーカスの立て直しを図る。自信を無くしていたビターリに勇気を与え、ジアには空中ブランコの技を教え、信頼を得ていくアレックス。その努力が実を結び、サーカス団は大好評、ついにニューヨーク行きの切符を手中にするのだが、デュボアの執拗な追跡の魔手がすぐ近くにまで迫ってくるのだった。果たしてアレックスたちは故郷に帰ることができるのだろうか。