ニューヨークのセントラル・パーク動物園の人気スターである、ライオンのアレックス（声＝ベン・スティラー）、シマウマのマーティ（声＝クリス・ロック）、キリンのメルマン（声＝デイヴィッド・シュウィンマー）、カバのグロリア（声＝ジェイダ・ピンケット・スミス）は仲良し4頭組。マーティは自分の知らない外の大自然に思いを馳せていたが、そんなある日、10歳の誕生日を迎えた彼は、偶然、4匹のテロリストのペンギンたち（声＝トム・マクグラスほか）が動物園からの脱走を試みていることを知る。それに刺激されたマーティは軽い気持ちで脱走するが、彼がいないことに気づいた3頭の仲間たちは心配して都会に向かう。