Depois do grande sucesso na música, Alvin e os Esquilos dão uma pausa na carreira para se dedicarem aos estudos. Mesmo já tendo atingido a fama, no entanto, os pequenos roedores Alvin, Simon e Theodore sofrem no colégio os problemas típicos dos adolescentes, tendo de enfrentar os valentões, as panelinhas, pegadinhas e o temido diretor.

Para piorar a situação, Alvin acaba sendo o responsável por um acidente em um show, que faz Dave (Jason Lee) ir parar no hospital. Agora, quem terá de cuidar dos três pestinhas será Toby, um aficcionado por videogames e todo tipo de tecnologia, que não faz ideia de como deve ser um bom pai. As confusões são ainda maiores quando eles conhecem As Esquiletes, um trio de lindas esquilos que toca o coração de Alvin, Simon e Theodore.

Após a boa recepção do público ao filme de 2007, Alvin e os Esquilos 2 retoma os personagens criados pelo cantor e compositor Ross Bagdasarian há mais de meio século. Os esquilos começaram sua carreira musical com a canção The Chipmunk Song, criada especialmente para o Natal. Foi o filho do músico, Ross Bagdasarian Jr. quem levou os personagens para os cinemas e produziu a sequência.