超級壞蛋格魯（史蒂夫·卡瑞爾配音）因埃及金字塔失竊事件憤慨于新生代盜賊崛起，決定在納法利歐博士（拉塞爾·布蘭德配音）協助下建造火箭盜取月亮。為獲取資金支持，他前往壞蛋銀行貸款時遭遇勁敵維克托（杰森·席格爾配音）搶奪其盜取的收縮射線槍。為奪回武器，格魯聽從納法利歐建議領養瑪戈（米蘭達·卡斯格拉夫配音）、伊迪絲（達娜·蓋爾配音）和阿格蕾絲（艾爾西·費舍爾配音）三名孤兒，利用她們偽裝成餅干推銷員潛入維克托城堡實施盜竊。隨著計劃推進，格魯發現孩子們純真的日常相處逐漸動搖其冷酷本性，尤其在目睹瑪戈對家庭溫暖的渴望后產生情感裂變。當維克托識破陷阱并綁架三名孤兒要挾格魯交出改造后的射線槍時，格魯放棄即將完成的盜月行動，在納法利歐和小黃人軍團協助下成功營救孩子，并最終接受被三名孤兒治愈的內心轉變，以家庭身份重新定義人生軌跡。