Scrat todavía está intentando apoderarse de su escurridiza bellota (mientras que, posiblemente, encuentre el amor); Manny y Ellie esperan el nacimiento de su mamut; Diego, el tigre Dientes de Sable, se cuestiona si se está volviendo un blando; y Sid, el perezoso, se mete en problemas cuando crea su propia familia ficticia raptando tres huevos de dinosaurio. Con el objetivo de rescatar al incorregible Sid, la pandilla se adentrará en un misterioso mundo subterráneo donde se toparán con dinosaurios, lucharán contra la flora y fauna, correrán enloquecidos y conocerán a una implacable comadreja llamada Buck.

En víspera del 4 de julio, unas gigantescas naves espaciales aparecen en el cielo. El estupor inicial se convierte en terror al ver cómo éstas atacan al planeta lanzando rayos destructivos en las mayores ciudades de todo el mundo. Ahora la única esperanza para la salvación de la tierra está en la voluntad de algunos supervivientes, que se unen planeando el último ataque masivo contra los alienígenas, antes de que sea demasiado tarde para la humanidad.