La maladresse de Sid va précipiter les héros dans une aventure inattendue au sein d'un monde jurassique où des espèces préhistoriques comme les dinosaures et les poissons géants régneront. Les personnages se trouveront confrontés à la fois à des adversaires imprévisibles et à leurs propres difficultés personnelles, qui menacent de mettre à l'épreuve leur solidarité : Manny est secoué par un stress intense alors que son partenaire femme se prépare à accoucher d'un nouveau mammouth; Diego s'inquiète pour sa capacité naturelle de chasseur après une sérieuse défaillance; tandis que Sid, en quête d'une famille idéale, va prendre une décision qui allait le conduire à protéger des œufs de Tyrannosaures