當熊貓阿寶（杰克·布萊克Jack Black配音）為成為真正的神龍大俠做準備的時候，他的生父——熊貓李山（布萊恩·科蘭斯頓Bryan Cranston配音）突然到訪。與此同時，擁有神秘力量的反派天煞（J·K·西蒙斯J.K. Simmons配音）登場，妄圖制服所有高手，統治武林。相傳在與世隔絕的熊貓村有著對抗天煞的力量，為了拯救蒼生，阿寶與父親踏上了歸途，而阿寶的好伙伴悍嬌虎（安吉麗娜·朱莉Angelina Jolie配音）、金猴（成龍配音）、靈蛇（劉玉玲Lucy Liu配音）、螳螂（塞斯·羅根Seth Rogen配音）則一同拖延天煞，阿寶不僅肩負著成為真正的熊貓大俠的使命，還要讓村民美美（凱特·哈德森Kate Hudson配音）等新伙伴練就新功夫，繼承烏龜大師（蘭德爾·杜克·金Randall Duk Kim配音）的遺志，共同抵擋天煞。最終通過團結村民領悟氣之法成功擊敗天煞，并在傳承功夫與血脈親情間找到平衡。