真っ赤でピカピカなボディがトレードマークのレース・カー“ライトニング・マックィーン”は、レースでチャンピオンを目指す人気者。ある日ルート66号線沿いにある田舎町“ラジエイター・スプリングス”に立ち寄り、住民たちと触れ合ったことで、自分の人生には何かが失われていたことに気が付く。

ニューヨークのセントラルパーク動物園。ライオンのアレックス、シマウマのマーティ、キリンのメルマン、カバのグロリアは大の仲良し。彼らは安全で快適な動物園の贅沢な暮らしをすっかり満喫していた。しかしある日、外の世界に憧れたマーティがテロリストのペンギンたちと一緒に動物園を脱走、マーティを連れ戻そうと後を追ったアレックスたちともども捕らえられ、ひょんなことから四頭はケニア行きの船に乗せられてしまう。さらに思わぬハプニングで海に投げ出された彼らは、やがてマダガスカル島に漂着。そこで現地の動物たちに迎えられ、生まれて初めて野生の生活に触れた四頭は、次第にそれぞれ本来の習性に目覚めていくのだった。