今年の年末シーズン、イルミネーション・エンターテインメントの世界的ヒットアニメーションシリーズが新たな章を開きます。より大きな夢と、さらに多くの超ヒットポップソングが登場します。野心に燃えるコアラのバスター・ムーンと、彼が率いるオールスター動物アーティストたちが、史上最も華やかで輝くステージショーを披露しようとしています…しかもそれは、きらめく世界のエンターテインメントの都で行われるのです。しかし、一つだけ大きな問題がありました。彼らはまず、世界で最も孤高なロックスター——音楽界のレジェンド、ボノが初めてアニメ映画で声を担当する——を説得して彼らのパフォーマンスに参加させなければならないのです。 バスター（マシュー・マコノヒー 声の出演）と彼のアーティストたちは、彼の新しいムーン劇場を地元で最もホットなパフォーマンス会場に変えましたが、今や彼にはもっと大きな野望があります。それは、輝かしいレッドショア・シティのクリスタルタワー劇場で、全く新しい歌とダンスのショーの初日公演を開催することです。 エンターテインメント業界に全くコネがないバスターと彼のアーティストたち——心配性の母豚ロジータ（リース・ウィザースプーン 声の出演）、ロックなヤマアラシのアッシュ（スカーレット・ヨハンソン 声の出演）、真面目で努力家のゴリラのジョニー（タロン・エジャートン 声の出演）、内気で恥ずかしがり屋の象のミーナ（トリー・ケリー 声の出演）、そしてもちろん、目立ちたがり屋の子豚のガンター（ニック・クロール 声の出演）も含めて——は、冷酷無比なエンターテインメント界の大物、狼のジミー・クリスタル（ボビー・カナヴェイル 声の出演）が作り上げ、経営する世界的に有名なクリスタル・エンターテインメント社のオフィスにこっそり潜入しなければなりません。 クリスタル氏の注目を引くために追い詰められたガンターは、突然ひらめき、バスターに非常に大げさなアイデアを提案します。バスターはやむを得ずこのアイデアを採用し、クリスタル氏に、彼らの全く新しい歌とダンスショーは伝説のロックライオン歌手、クレイ・カロウェイ（ボノ 声の出演）が主演すると保証します。しかし問題は、バスターが一度もクレイに会ったことがなく、この伝説のロック歌手が十数年前に最愛の妻を失った悲しみから音楽界を引退し、十数年間も世間から隠遁してしまい、誰にも会っていないことです。 ガンターがバスターを助けて比類なきステージショーの傑作をデザインしている間、クリスタル氏からのプレッシャー（そして恐ろしい脅し）もますます強まり、バスターは伝説のロックライオン歌手、クレイ・カロウェイを探す大冒険に乗り出し、彼を説得して舞台に戻ってもらおうとします。もともとバスターが名声を上げたいという野望から始まったこの計画は、やがて現代の寓話へと変わり、音楽の力が最も悲しく傷ついた心さえも癒すことができるほど強力であることを、すべての人に思い出させます。