2万年前の地球。寒さを避けて南へと移動する動物たちとは反対に、孤独を愛するマンモスのマニーだけは北へ向かう。仲間に置いて行かれ、身の危険を感じたナマケモノのシドはマンモスといれば安心とマニーについていく。その頃、人間たちの小さな集落をサーベルタイガーのソト率いる一軍が襲っていた。赤ん坊のロシャンを抱いて必死で逃げる母ナディアだったが、川に転落、母子に気づいたシドにロシャンを託し、ナディアは命を落とす。無関心のマニーをよそに、シドはロシャンを人間のもとに届けると言い出すと、そこへソトの仲間ディエゴが近づいてきた。

原始時代。洞窟に暮らすクルード家の父グラグは、家族が過酷な世界で生き延びてこられたのは、《外の世界に出ないこと》という掟を守っているおかげと信じ、子どもたちにも固く外出を禁じていた。だが好奇心旺盛な長女イープはたびたび夜中に洞窟を抜け出し、あるとき初めて見る《火》を持った青年ガイと出会う。そんな矢先、大地震が起きて洞窟が崩壊、一家はガイの助けを借りながら、否応なく新天地を探す旅に出るはめになる。

まもなく我が子が誕生するマンモスのマニーは、パパになる準備に夢中。一方、サーベルタイガーのディエゴは平和ボケしてしまった自分を見つめ直すため、一人旅を決意。そんな彼らに取り残され、寂しさを感じていたナマケモノのシドはある時、氷に開いた穴に落ちてしまう。すると、そこで３つの卵を発見。家族が欲しいシドは、それらを持ち帰り育てることにするが、生まれてきたのは、なんとティラノサウルスの子どもだった。

ナマケモノのシド、マンモスのマニー、サーベルタイガーのディエゴら数々の冒険をともにしてきた親友たちは、多くの種族が集まった群れの中で平和に暮らしていた。だがあるとき、大規模な地殻変動で大陸がバラバラになり、シドたちは小さな氷山で漂流するはめになってしまった。愛する家族と少しでも早く再会したいマニーは、なんとか合流地点へ向かおうとするが、そんな彼らの前に氷山の船に乗った海賊が現われる。

大学教授トレバーは、夏休みに甥のショーンを預かることになった。10年前に姿を消した兄マックスの息子ショーンは、父の形見の小説「地底旅行」を愛読していた。あるとき、トレバーはその本の中に、同じ地質学者だったマックスのメモが残されていることに気づく。マックスは何かを見つけていたのだ。メモを解読したトレバーとショーンは山岳ガイドのハンナを雇い、地球の中心への入口があると記されたアイスランドの山へと向かう。

マンモスのマニーとエリーの娘ピーチの結婚式が迫っていた。一方ナマケモノのシドは相変わらず振られてばかりで、まだ恋人はできそうにない。そんなある日、巨大な惑星が地球に近づいてくる。このまま衝突すれば、地上の生き物は全滅しかねない。皆が不安に陥る中、イタチの冒険家バックは星のかけらがいつも同じ山のふもとに墜落することから、惑星が磁力に引き寄せられていると気付く。