Pour Manny le mammouth, Sid le paresseux et Diego le tigre à dents de sabre, la vie est beaucoup plus douce depuis que les glaces fondent et que la température remonte. Mais les problèmes ne sont pas terminés pour autant ! Manny rêve de fonder une famille, mais la toute dernière femelle de son espèce, Ellie, se prend pour un opossum... Plus grave encore, un immense barrage de glace qui retient l'océan est sur le point de se rompre sous l'effet du réchauffement et menace d'engloutir leur petit coin de paradis. Leur seule chance de survie se trouve à l'autre bout de la vallée... Voilà nos trois héros, accompagnés d'Ellie et de ses deux insupportables frères, Crash et Eddie - de vrais opossums, eux ! - lancés dans un périlleux voyage vers la vie...

Une maladresse de Sid le paresseux va propulser les héros de l'Âge de Glace au cœur d'un monde peuplé de dinosaures ! Ils vont devoir faire face à des habitants hostiles et farfelus, en même temps qu'à leurs propres problèmes : Manny, hyper stressé, et Ellie attendent leur premier enfant mammouth ; Diego, le tigre aux dents de sabre, redoute d'avoir perdu ses instincts de prédateur ; Sid est convaincu d'avoir enfin réussi à construire sa propre famille en kidnappant trois œufs... de Tyranosaure.