Alors que les années 70 battent leur plein, Gru qui grandit en banlieue au milieu des jeans à pattes d'éléphants et des chevelures en fleur, met sur pied un plan machiavélique à souhait pour réussir à intégrer un groupe célèbre de super méchants, connu sous le nom de Vicious 6, dont il est le plus grand fan. Il est secondé dans sa tâche par les Minions, ses petits compagnons aussi turbulents que fidèles. Avec l'aide de Kevin, Stuart, Bob et Otto - un nouveau Minion arborant un magnifique appareil dentaire et un besoin désespéré de plaire - ils vont déployer ensemble des trésors d'ingéniosité afin de construire leur premier repaire, expérimenter leurs premières armes, et lancer leur première mission. Lorsque les Vicious 6 limogent leur chef, le légendaire Wild Knuckles, Gru passe l'audition pour intégrer l'équipe. Le moins qu'on puisse dire c'est que l'entrevue tourne mal, et soudain court quand Gru leur démontre sa supériorité et se retrouve soudain leur ennemi juré. Contraint de s'enfuir, il n'aura d'autre choix que de se tourner vers Wild Knuckles lui-même, afin de trouver une solution, rencontre qui lui permettra de découvrir que même les super méchants ont parfois besoin d'amis.

Alors qu'ils tentent de réparer une canalisation souterraine, Mario et son frère Luigi, tous deux plombiers, se retrouvent plongés dans un nouvel univers féerique à travers un mystérieux conduit. Mais lorsque les deux frères sont séparés, Mario s'engage dans une aventure trépidante pour retrouver Luigi. Dans sa quête, il peut compter sur l'aide du champignon Toad, habitant du Royaume Champignon, et les conseils avisés, en matière de techniques de combat, de la Princesse Peach, guerrière déterminée à la tête du Royaume. C'est ainsi que Mario réussit à mobiliser ses propres forces pour aller au bout de sa mission.