Lewis es un inteligente muchacho de doce años que tiene en su haber una sorprendente lista de ingeniosos inventos. Su último y más ambicioso proyecto es el Escáner de Memoria, una máquina que le ayudará a encontrar a su madre biológica y volver a tener una familia.

Alex el león es el rey de la selva urbana: es la atracción estelar del zoo neoyorquino de Central Park. Como sus mejores amigos, Marty la cebra, Melman la jirafa y Gloria la hipopótamo, Alex ha pasado toda su vida en feliz e ignorante captividad, bien alimentado y en una jaula con excelentes vistas al parque. No contento con su vida, Marty se deja llevar por la curiosidad y con ayuda de unos prodigiosos pingüinos, escapa del zoo para conocer mundo, con la intención de volver antes de que se haga de día. Alex, Melman y Gloria descubren su fuga y deciden salir en su busca antes de que alguien se de cuenta de su desaparición. Incluso en una ciudad como Nueva York, no deja de llamar la atención ver a un león, una jirafa y un hipopótamo andando por la calle y montando en metro. Los tres amigos consiguen encontrar a Marty en la estación Central, pero antes de que puedan volver al zoo los capturan y los embarcan con rumbo a África. Los pingüinos sabotean el crucero y los cuatro amigos aparecen en una playa de la exótica isla de Madagascar. Estos nativos de Nueva York deben aprender a sobrevivir en estado silvestre; es entonces cuando comprenden el sentido de la expresión "el mundo de ahí fuera es una jungla".