史莱克与菲奥纳公主和三胞胎宝贝幸福生活在一起后，他却对日复一日的平淡生活不满起来。在一次与菲奥纳公主激烈争吵后，他遇到了魔法师侏儒怪，并与其签订了“一天换一天”的魔法条约。但史莱克没想到，侏儒怪拿走的竟是他出生的那天，结果整个遥远王国变得面目全非，侏儒怪成了国王，派出无数女巫到处搜捕食人魔为奴。而若在日出之前史莱克无法获得菲奥纳公主的真爱之吻，他将彻底消失。焦急的史莱克再次初遇好朋友骡子，而靴猫剑客则变成了菲奥纳公主的宠物肥猫。在他们的帮助下，史莱克竭尽全力赢取菲奥纳公主的芳心，只可惜事态发展远不如想象顺小男孩雨果天生机械控。他寄宿巴黎火车站钟楼，偶尔会去玩具店偷些零件，用来修补父亲留下的机器人。一次行窃，他被店主乔治当场抓获。乔治拿走了雨果父亲的遗物一本机械手册，令他心急如焚，他尾随至乔治家中，结识了养女伊莎贝拉。于是两人结伴探秘。终于他们发现了乔治家中装满画作的神秘柜子，并在图书馆的电影书籍中发现了乔治的身世。一位知情人的显身，让他们的奇幻冒险更添神秘。