Der Moment des Abschieds ist gekommen: Andy ist den Kinderschuhen entwachsen und macht sich bereit, aufs College zu gehen. Für sein stets getreues Spielzeug hat er keine Verwendung mehr. Andys Mutter spendet die Spielsachen der Kindertagesstätte Sunnyside. Doch dieses angebliche Paradies entpuppt sich nach zuerst freundlicher Aufnahme durch die alteingesessenen Spielzeuge bald zum Gefängnis für die Freunde. Ein ausgeklügelter Ausbruchsplan wird ausgearbeitet - die Zeit drängt, denn hier geht nicht alles mit rechten Dingen zu.

Die drei "Ice Age"-Helden Diego, Sid und Manni haben die grosse Schmelze aus dem zweiten Teil überstanden. Ellie und Manni, die beiden Mammuts, erwarten Nachwuchs und Sid hegt ebenfalls den Gedanken, die Familiengründung so langsam zu beginnen. Dass er sich dazu die Eier eines T-Rex Weibchens zu eigen macht, stösst bei dieser nicht gerade auf Wohlwollen. Kurzum wird Sid verschleppt und findet sich einer schier ausweglosen Situation in einer grossen Dinosaurier-Welt wieder. Nun sind seine Freunde gefragt, denn nur sie können das Faultier befreien.