Met een groots vuurwerk begint in Rio een nieuw jaar voor Blu, Jewel en hun drie kinderen.
Hun baasjes Tulio en Linda zijn er helaas niet bij, want zij zijn in het Amazonegebied bezig hun bijdrage te leveren aan het beschermen van de natuur.
Daar ontdekken ze heel toevallig dat Blu, Jewel en hun drie kinderen misschien helemaal niet de laatste van hun soort zijn en dat moet aan een nader onderzoek onderworpen worden.
Blu en Jewel zien het grote nieuws op televisie en Jewel (stem: Anne Hathaway) beseft dat hun niet al te avontuurlijk ingestelde baasjes, mogelijk wel wat hulp kunnen gebruiken.
Met enige tegenzin stemt Blu (stem: Jesse Eisenberg) in en uitgerust met een GPS en een Zwitsers zakmes vliegt hij, zij het met de nodige omwegen, naar het Amazonegebied voor een aantal nieuwe avonturen...