Vuelven Manny, el peludo mamut; Sid, el perezoso; Diego, el tigre dientes de sable; y la desventurada ardilla de grandes dientes conocida como Scrat.

En esta nueva aventura nuestro trío sigue junto y disfrutando de las ventajas de su mundo fundente. Manny quizás ya esté preparado para fundar una familia, pero nadie ha visto otro mamut desde hace un montón de tiempo; de hecho, Manny piensa que probablemente sea el último de su especie. Así es hasta que de forma milagrosa se encuentra con Ellie (a la que pone voz Queen Latifah), el único mamut de sexo femenino que queda sobre la faz de la Tierra. Sólo hay un par de pegas: No se caen nada bien - y Ellie por alguna extraña razón ¡piensa que es una zarigüeya!

Ellie no se presenta sola, sino que lleva con ella a un par de zarigüeyas que son "hermanas": Crash y Eddie (a las que ponen la voz Seann William Scott y Josh Peck), un par de atrevidas bromistas y arrogantes bocazas alborotadoras.

Manny, Sid y Diego se dan cuenta rápidamente de que el calentamiento del clima trae consigo un gran inconveniente: una gigantesca balsa glaciar conteniendo miles de litros de agua está a punto de romperse, amenazando a todo el valle. La única oportunidad de sobrevivir se encuentra al otro confín del valle. Así que nuestros tres héroes, junto con Ellie, Crash y Eddie, forman el más improbable grupo familiar - de cualquier "edad" - cuando se embarcan en una misión a través de un escenario siempre cambiante y cada vez más peligroso hacia su salvación.

La película también presenta las continuas aventuras o infortunios de Scrat, que tiene un papel aún más grande esta vez.