Gru, Lucy et les filles, Margo, Edith et Agnès accueillent le petit dernier de la famille, Gru Junior, qui semble n'avoir qu'une passion : faire tourner son père en bourrique. Mais Gru est confronté à un nouvel ennemi Maxime Le Mal qui, avec l'aide de sa petite amie, la fatale Valentina, va obliger toute la famille à fuir.
Fraichement diplômée, Riley est désormais une adolescente, ce qui n'est pas sans déclencher un chamboulement majeur au sein du quartier général qui doit faire face à quelque chose d'inattendu : l'arrivée de nouvelles émotions ! Joie, Tristesse, Colère, Peur et Dégoût - qui ont longtemps fonctionné avec succès - ne savent pas trop comment réagir lorsqu'Anxiété débarque. Et il semble qu'elle ne soit pas la seule…