Quando os mamutes Manny e Ellie esperam um filho, a vida na Era do Gelo muda para seus amigos. O dente-de-sabre Diego já se sente velho e cansado, e acha que é o momento de abandonar o grupo. A vida em família dos amigos parece não combinar com o modo de vida predatório de um tigre. Enquanto isso, a preguiça Sid pensa apenas em ajudar, mas sempre está fazendo algo de errado. Vendo que precisa de um sentido em sua vida, Sid encontra três grandes ovos abandonados, e acredita que sua missão é ser pai dessas criaturas.

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Tudo vai bem para a inusitada nova família até que os ovos chocam e nascem três desastrados tiranossauros. Por mais que o papai Sid tente cuidar dos filhos, os dinossauros causam uma grande bagunça por onde passam, destruindo até mesmo o novo lar de Manny e Ellie. Mesmo com o mamute pedindo que a preguiça devolva os filhotes onde encontrou, Sid não segue os conselhos, mas a mãe logo vem buscar as crianças. Apesar de todos acharem que os dinossauros estariam extintos, a grande tiranossauro aparece e leva embora os três filhos e Sid.

Manny, Ellie, Diego e os gambás Crash e Eddie decidem seguir os passos do grande animal para resgatar seu amigo. Logo eles descobrem que embaixo de onde viviam existe um outro mundo, um paraíso tropical ainda habitado por dinossauros, e encontram Buck, uma louca doninha em uma obstinada caça ao maior de todos os animais. Juntos, eles partem em uma missão para o resgate de Sid, mas para isso terão de enfrentar diversos perigos e cuidar para que Ellie tenha seu bebê em um lugar seguro.

Com direção do brasileiro Carlos Saldanha, A Era do Gelo 3 é o primeiro filme da trilogia feito em 3D. Além dos personagens principais, a animação retoma o esquilo Scratte, que desta vez encontra uma parceira para sua busca por uma noz. Saldanha, que dirigiu também os dois primeiros filmes, afirmou que há a possibilidade de sair uma quarta parte, mas que ele não irá mais ficar à frente do projeto, apenas trabalharia como produtor-executivo. O cineasta prepara Rio, uma nova animação sobre uma arara-azul que vivia em cativeiro, mas consegue se livrar e vem parar no Brasil.

Saiba mais sobre a franquia com A Era do Gelo, A Era do Gelo 2 e A Era do Gelo 4.