月を盗もうと企てる怪盗グルーとバナナから作られた仲間のミニオンたちが、やむを得ず孤児の3姉妹を引き取ることになり、懐かれてしまったことから大きく人生が変わっていく姿を描いたハートフルアドベンチャー。
ある日、エジプトの大ピラミッドが盗まれ、世界的な大ニュースとなる。「世紀の悪党」を目指す怪盗グルーには寝耳に水。そこで名誉挽回とばかりに彼とバナナで作られた仲間のミニオンたちは月を盗む計画を立てる。まずは「縮ませ光線」を発射する光線銃を奪い、ロケットで宇宙へ行き、月に「縮ませ光線」を浴びせて小さく縮ませ、それを地球へ持ち帰るという作戦だ。
しかし、一度盗んだ「縮ませ光線銃」をライバルのベクターに奪われたグルーたちは、光線銃を取り戻すため、ある作戦を考える。実はベクターはクッキーが大好き。ベクターが、養護施設で暮らすマーゴ・イディス・アグネスの3姉妹が売りに来たクッキーを喜んで買うのを見たグルーは、この3人を養女に引き取り、3人を利用してベクターの要塞に忍び込もうと考える。
作戦は見事成功、グルーは光線銃を取り戻し、後はロケットを作って月へと飛び立つだけ。しかし、グルーは3姉妹に対して愛情を覚え、計画の実現に暗雲が。それを察した仲間のネファリオ博士は、3人を施設に帰してしまう。おかげで月泥棒は成功。しかし、宇宙に行っている間にベクターが3人を誘拐したことを知ったグルーは、せっかく盗んだ月をベクターに渡してまで、3人を取り戻そうと決意する。果たして無事、3人を助け出すことができるのだろうか…！？