Entrez dans une aventure débordante d’action où un groupe de dinosaures surmonte d’énormes défis grâce à leur courage, leur loyauté et leur espoir. L’histoire se déroule il y a 65 millions d’années. Aladar, un iguanodon, est séparé des siens et élevé par un clan de lémuriens, dont le farceur Zini et le gentil Plio. Quand une météorite détruit leur foyer, Aladar et sa famille rejoignent un groupe de dinosaures à la recherche d'un abri. Sur le chemin, Aladar se lie d'amitié avec Baylene, un vieux brachiosaure, Eema, un styracosaure imparable et Neera, un brave iguanodon.
Une maladresse de Sid le paresseux va propulser les héros de l’Âge de Glace au cœur d’un monde peuplé de dinosaures ! Ils vont devoir faire face à des habitants hostiles et farfelus, en même temps qu’à leurs propres problèmes : Manny, hyper stressé, et Ellie attendent leur premier enfant mammouth ; Diego, le tigre aux dents de sabre, redoute d’avoir perdu ses instincts de prédateur ; Sid est convaincu d’avoir enfin réussi à construire sa propre famille en kidnappant trois œufs… de Tyrannosaure.
La sècheresse pousse les derniers dinosaures à s'exiler. En route vers la fertile vallée des Merveilles, Petit-Pied, un jeune brontosaure de la famille herbivore des Longs Cous, est séparé de sa famille par l'attaque d'un dinosaure carnivore, un Dent Tranchante, qui tue sa mère. Un violent séisme finit d'isoler Petit-Pied, qui chemine désormais seul. Mais il rencontre bientôt trois dinosaures de son âge, Cera, Petrie et Becky, qui vont l'accompagner dans son périple. Mais pour les quatre jeunes aventuriers, la route est longue et les dangers sont multiples.
Première rencontre entre Flash Gordon et le professeur Zarkov. En compagnie de Dale Arden, ils partent en fusée vers la planète Mongo, pour affronter l'Empereur Ming...
De pacifiques dinosaures sont convoités par le diabolique professeur Mauvais-Œil qui veut en faire l'attraction vedette de son cirque excentrique. Mais deux gamins des rues, Louie et Cecilia, veillent sur les doux monstres...
À la suite d'une pluie de météorites, l'approvisionnement en eau de la Grande Vallée est coupé, ce qui entraine une sècheresse et un rationnement strict de l'eau, sans compter les risques accrus d'incendie. Parallèlement à cette crise, Petit-Pied et ses amis sont victimes d'une brute, appelée "Chef", et de ses deux acolytes.
Le film reprend en le parodiant le principe de Fantasia de Disney : l'illustration de pièces de musique classique célèbres.