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？