ペニー・プラウドはもうすぐ16歳。そんな彼女を父親のオスカーは子供扱いする。ラッパーの15セントが出演するハーフタイムショーにダンサーとして出演することを止められたうえ、16歳の誕生日を友達と祝う代わりに、家族と一緒に熱帯のレグーム島で退屈な休暇を過ごすことに。ところが邪悪なカーヴァー博士が世界征服をもくろみ、オスカーから秘密の調合液を盗もうとプラウド一家をおびき寄せたため、休暇旅行は謎に満ちた冒険へと変わる。オスカー、母親のトゥルーディー、おばあちゃんのシュガーママ、双子のビービーとシーシーが博士の魔の手から逃れるために戦っている間、ペニーは家族救出作戦に乗り出す。クローンを出し抜き、ハーフタイムショーに主演し、世界を救い、そしてついにはユニークで愛情に満ちた家族のありがたみを実感する。