Le super squadre di spie non nascono... vengono covate! Scopri i segreti dei più grandi ed esilaranti volatili segreti nel mondo dello spionaggio globale: Skipper, Kowalski, Rico e Private, che stanno unendo le forze con un'elegante organizzazione sotto copertura, The North Wind. Guidati dall'affascinante e muscoloso Agente Classificato (potremmo dirti il suo nome, ma poi...). Insieme, devono impedire al malvagio Dr. Octavius Brine di distruggere il mondo come lo conosciamo.
Diretto da Eric Darnell e Simon J. Smith da una sceneggiatura scritta da Michael Colton, John Aboud e Brandon Sawyer, I pinguini di Madagascar è uscito nelle sale cinematografiche degli Stati Uniti il 26 novembre 2014 nei formati 2D, 3D e RealD 3D, diventando così l'unico film del franchise di Madagascar a essere distribuito da 20th Century Fox e l'ultimo film della DreamWorks Animation a essere prodotto da Pacific Data Images prima della sua chiusura, avvenuta il 22 gennaio 2015, con il subentro di DWA Glendale. Sebbene il film abbia ricevuto recensioni generalmente positive da parte della critica, ha avuto una performance inferiore al botteghino, incassando 373 milioni di dollari a fronte di un budget di 132 milioni di dollari e causando una svalutazione di 57,1 milioni di dollari per lo studio.
In un flashback, Skipper, Rico e Kowalski sono giovani pinguini fratelli in Antartide. Dopo aver visto un uovo fuggire dalla loro colonia, il trio salva l'uovo dalle foche leopardo e si ritrova alla deriva su un iceberg. Quando l'uovo si schiude, il trio adotta il piccolo pinguino come fratello, Private.
Nel presente, i pinguini lasciano il Circus Zaragoza per festeggiare il compleanno di Private introducendosi a Fort Knox per prendere uno snack chiamato Cheesy Dibbles da un distributore automatico, mentre Private desidera essere riconosciuto come membro ufficiale della squadra, ma viene ignorato. I pinguini vengono quindi rapiti e portati in un sottomarino, dove si trovano di fronte a un polpo di nome Dave, che spiega che un tempo viveva nello zoo di Central Park come attrazione principale, finché i pinguini non lo hanno messo in ombra con la loro simpatia. Dopo essere stato ripetutamente messo in ombra da altri pinguini ed essere passato da uno zoo all'altro come animale indesiderato, Dave, amareggiato, si è travestito da scienziato umano, il Dr. Octavius Brine, per vendicarsi. Rico inghiotte una fiala dell'arma biologica di Dave, il Siero Medusa, e la sua collezione di palle di neve prima che i pinguini scappino.
Fuggendo per Venezia mentre sono inseguiti dagli scagnozzi di Dave, i pinguini vengono salvati dal Vento del Nord, un'agenzia di intelligence interspecie composta da Classified, il capo dei lupi, Corporal, specialista in armi degli orsi polari, Short Fuse, demolitore delle foche, ed Eva, ufficiale dell'intelligence dei gufi delle nevi. Dopo che Rico ha mostrato al Vento del Nord il siero, Dave entra nei computer del Vento del Nord per rivelare di averne di più e altri pinguini iniziano a scomparire dalle mostre di tutto il mondo. Ritenendo i pinguini un ostacolo alla missione, Classified li mette su un aereo diretto in Madagascar.
I pinguini riescono a fuggire dall'aereo e, usando gli snowglobes di Dave, deducono che lo zoo di Shanghai è il prossimo obiettivo di Dave. La squadra di Skipper elabora un piano per fermare Dave e Private accetta a malincuore di fare da esca. Gli altri pinguini riescono a intrappolare Dave con uno scheletro di dinosauro dopo aver creato una perdita d'acqua nell'acquario, proprio quando arriva il Vento del Nord. Tuttavia, Dave scappa attraverso un canale di scolo e cattura Private e il resto dei pinguini di Shanghai, spingendo Skipper, Rico e Kowalski a dirottare il jet del Vento del Nord per inseguirlo, ma questo salta in aria dopo che il Vento del Nord tenta di interferire. Nel covo di Dave, Private scopre che Dave sta progettando di utilizzare il Siero Medusa per trasformare i pinguini in mostri senza cervello e sfigurati, in modo che il pubblico li odi e li stermini.
Una volta raggiunto il nascondiglio di Dave, i pinguini e il Vento del Nord si scontrano sui loro diversi piani per infiltrarsi nel sottomarino, prima che Skipper ammetta finalmente che il Vento del Nord è più qualificato e ceda. I pinguini distraggono le guardie della piovra mentre il Vento del Nord si intrufola all'interno, ma entrambe le squadre vengono catturate. Dave testa il Siero Medusa su Private, ma quest'ultimo scappa con una graffetta che aveva ingoiato all'ultimo secondo, facendo credere a Dave e al resto dei pinguini che sia stato vaporizzato. Private libera il Vento del Nord e cerca di convincerli ad aiutarlo a salvare i pinguini, ma loro rifiutano e lui se ne va da solo.
Dave usa il Siero Medusa per trasformare tutti i pinguini e, nei panni del Dr. Brine, li scatena su New York. Nel caos, Private ottiene il raggio di Dave, insegue Skipper, Kowalski e Rico e li riporta alla sanità mentale. Mentre i pinguini e il Vento del Nord combattono contro Dave e i suoi scagnozzi, Private si inserisce nel raggio di Dave sfruttando il potere della sua simpatia per riportare alla normalità gli altri pinguini, lasciandosi però mutato e Dave rimpicciolito e intrappolato in una delle sue palle di neve con cui gioca una bambina. Per il suo eroismo, Private si guadagna finalmente il posto di membro qualificato della squadra e Classified si congratula con i pinguini e si scusa per averli giudicati male. Come ricompensa, Classified regala ai pinguini dei jetpack che utilizzano per tornare al Circo di Saragozza.
In una scena post-credits, i pinguini usano la carineria di Mort per riportare Private alla normalità. Mort all'inizio sembra non essere influenzato dal raggio, prima di inghiottire rapidamente Re Julien, per il divertimento di quest'ultimo.