Gru (voz de Steve Carell/Leandro Hassum) mudou radicalmente sua vida e agora seu negócio é se dedicar às filhotas Agnes (Elsie Fisher), Edith (Dana Gaier) e Margo (Miranda Cosgrove), deixando de lado os tempos de vilão. Ele só não contava que seu passado de "ladrão da Lua" pudesse falar mais alto e ser responsável pelo seu recrutamento, através da AVL (Liga Anti-Vilões), para salvar o mundo na companhia da agente Lucy (Kristen Wiig/Maria Clara Gueiros). Juntos, eles precisam localizar o criminoso que roubou a fórmula PX41, e Gru desconfia que um antigo "concorrente", chamado El Macho (Beijamin Bratt/Sidney Magal), possa ser o responsável por essa maldade. Para completar os problemas, o parceiro Dr. Nefário (Russell Brand/Luiz Carlos Persy) resolveu abandoná-lo e Margo está vivendo seu primeiro amor.