Der Löwe Alex, das Zebra Marty, die Giraffe Melman und das Nilpferd Gloria gehören zu den Attraktionen des Zoos im Central Park von Manhattan. Ihre Vorführungen werden jeden Tag aufs Neue von den Besucherinnen und Besuchern bestaunt. Vor allem der eitle Alex genießt es, sich vor dem Publikum präsentieren zu können. Außerdem hat man als Zootier keine Sorgen (außer wenn man ein Hypochonder wie Melman ist), denn es ist für alles gesorgt. Nachts nuckelt Alex am Daumen und träumt von Steaks, die ihm ins Maul fliegen.

Doch als sich in Martys Gehege ausgerechnet an dessen 10. Geburtstag ein Loch im Boden auftut und er den Pinguinen Skipper, Private, Kowalski und Rico begegnet, die dabei sind, sich zur Antarktis durchzugraben, gerät er in eine Art Midlife Crisis und bricht nachts aus. Alex, Melman und Gloria suchen ihn, fahren mit der U-Bahn in die Stadt und finden ihn in der Grand Central Station. Bevor sie mit ihm in den Zoo zurückkehren können, werden sie von einem großen Polizeiaufgebot umstellt und narkotisiert.

In getrennten Kisten, die sich auf einem Ozeandampfer befinden, kommen sie wieder zu sich. Sie sollen zusammen mit ein paar Affen und den vier Pinguinen nach Afrika gebracht werden. Skipper, Private, Kowalski und Rico befreien sich aus ihren Kisten, bringen die Besatzung in ihre Gewalt und ändern den Kurs in Richtung Südpol. Weil sie mit der Navigation einige Schwierigkeiten haben, gerät der Dampfer in Schräglage. Dadurch rutschen die Kisten mit Alex, Marty, Melman und Gloria über Bord und werden an einem exotischen Strand angespült.

Die Schiffbrüchigen vermuten, dass sie sich im Zoo von San Diego befinden, aber der Strand gehört zur Insel Madagaskar (Madagascar). Dort herrscht König Julien über die Lemuren. Von den Menschen gibt es hier nur noch in den Bäumen hängende Skelette. Nach dem ersten Schrecken, den die vermeintlichen Außerirdischen unter den Lemuren verbreiten, beschließt König Julien, die „New York Giants“ als Gäste aufzunehmen, weil er sich vor allem von Alex eine abschreckende Wirkung auf die Fossas verspricht, die räuberischen Feinde der Lemuren. Vergeblich warnt ihn sein Premierminister Maurice vor dem Löwen, der möglicherweise eine gefährlichere „Jagd- und Fressmaschine“ als die Fossas sei.

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Der hungrige Alex sieht tatsächlich bald nur noch Steaks. Zuerst ist es ihm noch peinlich, wenn er sich dabei ertappt, wie er Marty in die fleischige Pobacke beißt, aber schließlich macht er Jagd auf seinen Freund. Erschrocken über sich selbst, zieht Alex sich in die Einsamkeit zurück, doch als Marty von den Fossas angegriffen wird, schlägt Alex die Räuber in die Flucht. Am Ende bringen die Lemuren den Löwen auf den Geschmack von Sushi.

Inzwischen sind die vier Pinguine, die es in der Antarktis „voll ätzend“ fanden, mit dem Dampfer nach Madagaskar gekommen. Während sich Skipper, Private, Kowalski und Rico am Strand sonnen, gehen Alex, Marty, Melman und Gloria an Bord, um nach New York zurückzukehren. Sie können nicht wissen, dass der Treibstoff ausgegangen ist.