全球知名萌物小黄人在新年期间登上了好莱坞的荧幕，这次他们将与超级奶爸联手，共同对抗一个富二代，以帮助照顾和营救三个可爱的小女孩。在寒冷的冬季，上演了一段温暖人心的故事。超级坏蛋格鲁（由史蒂夫·卡瑞尔 Steve Carell 配音）在听到有关埃及金字塔被盗的消息后，对新一代盗贼倍出感到不满，决意在科学家纳法利欧博士（由拉塞尔·布兰德 Russell Brand 配音）的协助下，打造一枚火箭升空以偷取月亮。在申请坏蛋银行贷款的过程中，格鲁的收缩射线枪被新盗贼维克托（由杰森·席格尔 Jason Segel 配音）窃取。为了夺回这把武器，格鲁决意收养三名孤儿——玛戈（由米兰达·卡斯格拉夫 Miranda Cosgrove 配音）、伊迪丝（由达娜·盖伊 Dana Gaier 配音）和阿格蕾丝（由埃尔希·费舍 Elsie Fisher 配音），想借助她们进入维克托城堡推销饼干的机会实施窃取行动，并计划在任务成功后悄悄送走三名孩子。然而，在日常相处中，格鲁竟发现自己越来越难以割舍对这三个孩子的情感，而这种感情的流露却可能对其周密的盗月计划造成重大影响。