故事接续《神偷奶爸》之后,坏蛋神偷格鲁为了照顾三位口爱到不行的女儿们-妮妮、娜娜与娣娣,在地下实验室开设工厂改卖果酱和果冻,决定金盆洗手甘心在家当好奶爸。没想到以纪毕谷为首领,专门对抗全球犯罪的高机密组织,却找上门来,格鲁只好重返原本的世界,率领众名小小兵,伙同一天到晚惹他生气的菜鸟新搭档露西,携手调查一连串超级罪案。
只是在格鲁倾力揪出新一代犯罪天王的同时,女儿安安强烈感觉到,这个非比寻常的家庭需要一个妈妈、而觉得格鲁超酷的蒂蒂,也因爸爸结束坏蛋之路而大失所望,此外,开始注意同龄男生的毛毛,则让格鲁如临大敌……此次除了发生疑似外星人诱拐事件,小小兵也将遇到天大麻烦,已经升格为奶爸的格鲁,该如何拯救化解危机?