Vingt mille ans avant notre ère, lorsque Scrat, un rongeur obstiné, fend la banquise et déclenche un nouvel Age de Glace, une vaste cohorte de mammifères s'assemble et commence à émigrer vers le sud. A cette occasion, trois créatures particulièrement mal assorties vont se retrouver liées par un caprice du destin. Sid le paresseux gouaillleur et poltron, Manfred le mammouth solitaire et grognon et Diego, un sinistre tigre aux dents de sabre et aux mauvaises intentions, vont devoit faire équipe malgré eux pour ramener un bébé humain dans sa tribu.

En l'an 3028, la Terre est anéantie par des créatures venues d'une lointaine galaxie, les Drej. Les rares survivants du drame tombent aux mains de cette cruelle race d'extraterrestres, qui les réduisent à l'esclavage. Quinze ans plus tard, le jeune Cale découvre, à l'interieur d'une bague que lui avait léguée son père, les coordonnées d'un mysterieux vaisseau spatial: "Titan", ultime planche de salut du genre humain. Aidé par le capitaine du "Valkyrie", Kordo, et son intrépide copilote Akima, Cale se lance à la recherche de "Titan" et d'un monde nouveau.