当熊猫阿宝（杰克·布莱克JackBlack配音）为成为真正的神龙大侠做准备的时候，他的生父——熊猫李山（布莱恩·科兰斯顿BryanCranston配音）突然到访。与此同时，拥有神秘力量的反派天煞（J·K·西蒙斯J.K.Simmons配音）登场，妄图制服所有高手，统治武林。相传在与世隔绝的熊猫村有着对抗天煞的力量，为了拯救苍生，阿宝与父亲踏上了归途，而阿宝的好伙伴悍娇虎（安吉丽娜·朱莉AngelinaJolie配音）、金猴（成龙配音）、灵蛇（刘玉玲LucyLiu配音）、螳螂（塞斯·罗根SethRogen配音）则一同拖延天煞，阿宝不仅肩负着成为真正的熊猫大侠的使命，还要让村民美美（凯特·哈德森KateHudson配音）等新伙伴练就新功夫，继承乌龟大师（兰德尔·杜克·金RandallDukKim配音）的遗志，共同抵挡天煞。

故事的主角是五个无恶不作的坏蛋——风度翩翩的扒手“大坏狼”、见多识广的保险箱窃贼“贪心蛇”、冷静沉稳的伪装大师“美肚鲨”、暴躁易怒的打手“食人鱼”、伶牙俐齿的黑客专家“骇客蛛”闪亮登场，他们是最臭名昭著的“坏蛋联盟”。他们平时威风八面，四处作案，令人闻风丧胆。直到某一天，他们突然想成为模范公民，然而转型路途甚是艰难，且意外层出不穷，令人啼笑皆非。