Prologue

Le film se déroule au temps préhistorique, au début de « l'ère de glace », il y a 20 000 ans. Un écureuil à dent de sabre nommé Scrat, qui ouvre le film en pleine période glaciaire, est à la recherche d'un endroit où cacher son gland. En l'enfonçant dans le sol, il ouvre une brèche dans un mur de glace qui s'effondre, et en sort vivant en manquant de mourir plusieurs fois pour sauver son gland. Il retrouve son gland, mais se fait piétiner par un troupeau en fuite.

La migration

Ce troupeau d'animaux de toutes sortes se déplace vers le sud pour échapper au froid. Parmi eux, un mammouth, décidé à partir en solitaire, prend la file à contre-sens. Peu de temps après, Sid, un paresseux maladroit incapable de s'occuper de lui-même, se réveille de son arbre, constate qu'il a été abandonné par sa famille partie avec la migration pendant qu'il dormait, et décide de marcher seul. Mais il est poursuivi par deux rhinocéros en colère pour avoir, après avoir marché sur une crotte, nettoyé ses pattes dans la salade de feuilles fraîches et mangé le pissenlit qu'ils allaient manger. Heureusement pour lui, il tombe sur le mammouth Manfred, qui lui sauve la vie après un bref combat, ne supportant pas de voir des bêtes non carnivores s'en prendre à une autre bête pour le plaisir. Sid, voyant Manfred comme un protecteur, l'appelle Manny et le suit partout contre son gré.

L'attaque des tigres

Près d'un village humain non loin de là, une meute de tigres à dents de sabre, dirigée par Soto et Diego, s'organise. Ceux-ci sont sur le point d'enlever et dévorer le fils nouveau-né du chef du village pour se venger, puisque l'homme a tué plusieurs de leurs compagnons. Pendant ce temps, Maufred et Sid s'arrêtent pour la nuit. Tandis que le Mammouth réalise son abri pour la nuit, Sid prétend qu'il sait faire du feu. Mais il ne peut le prouver (sous le regard moqueur de Manny) en raison de la pluie et de la grêle, ce qui n'arrange pas les affaires du paresseux, n'ayant pas d'abri, contrairement à Manny parti dormir. Au même moment, Scrat change de tactique et tente de cacher son gland dans une souche en plein orage, mais il se fait griller par la foudre et laisse tomber son précieux gland.

Le lendemain matin, Diego et les autres membres de la meute attaquent le village. Les tigres le couvrant, Diego parvient à atteindre le fils du chef du village, lorsque sa mère prend le bébé et s'enfuit. Diego la prend en chasse, mais en arrivant à une cascade avec son fils dans les bras, elle n'a pas le choix et s'y jette avec lui. Diego, dépité, en rend compte à Soto, qui lui ordonne de lui rapporter le bébé, vivant, au rocher qu'on appelle le Pic sans Tête, sans quoi il prendra sa place.

Ramener le bébé

En bas de la cascade, Manny et Sid trouvent l'enfant encore en vie, tandis que sa mère, à bout de force, fait confiance à Manny pour prendre soin de son fils puis meurt d'épuisement. Sid veut le ramener aux humains et tente d'escalader la paroi rocheuse de la cascade, tandis que Manny reste à l'écart pour profiter de la scène. Mais Sid laisse accidentellement tomber le bébé. Manny s'apprête à le recevoir, mais Diego saute et l'attrape avec ses dents. Manny le lui ravit et Diego, préférant éviter la confrontation, dit que les humains sont partis et qu'il veut le leur ramener. Sid et Manny montent jusqu'au village, mais celui-ci est en effet déserté. Après une brève discussion avec Diego, celui-ci ne parvient pas à récupérer l'enfant mais guidera le duo aux humains. Cependant, c'est une occasion pour Diego, qui veut apporter à la fois l'enfant, Manny et Sid à Soto.

Sur le chemin, le bébé pleure beaucoup, et le trio, fatigué, cherche à comprendre pourquoi. Après une dispute, ils comprennent qu'il a faim. Le trio croise une colonie de dodos et essaie de voler leurs trois pastèques, qui étaient les stocks des dodos pour la période glaciaire, et qui seront perdus avec beaucoup de dodos a travers des situations rocambolesques, mais heureusement, Sid parvint à récupérer le dernier. À la nuit tombée, malgré son statut de héros du jour, il ne parviendra pas à ramener plus à manger, en dehors de la noix de Scrat que ce dernier lui a récupéré in extremis avant qu'il l'avale. Alors qu'ils s'endorment, Diego tente sans succès de s'emparer du bébé et s'en tient au plan initial. Il en informe les autres tigres présents dans les parages.

Le lendemain, Diego est réveillé en sursaut par Manny qui lui demande où est le bébé. Tous deux constatent qu'il est avec Sid. Manny retrouve rapidement le paresseux en charmante compagnie avec deux belles paresseuses et récupère le bébé, ce qui n'arrange pas les affaires de Sid, voulant s'en servir pour se vanter sur sa bravoure. Mais en retournant après des paresseuses, Sid rencontre les rhinocéros qui veulent toujours sa peau, et cette fois se fait passer pour mort en provoquant Diego et amenant celui-ci à le prendre entre ses mâchoires. Diego manque alors de ne pas laisser passer l'occasion, mais Manny arrive à ce moment-là. Tous les trois reprennent leur route avec le bébé et celle-ci ne manquera pas de distraction aux voyageurs. Au cours du voyage, le trio demande la route à Scrat. Interrogé, il tente d'informer Manny et Sid qu'ils suivent en fait un troupeau de tigres à dents de sabre, celui de Diego, mais ce dernier intervient et l'éjecte avec son gland, qui gèle dans la neige.

Le raccourci qui rapproche

Un jour, en approche du Pic sans Tête, Diego en éclaireur voit le groupe d'humain à la recherche du bébé en remontant la piste des tigres. Voulant cacher leur présence, le tigre revient vers Sid et Manny en prétendant avoir trouvé un "raccourci" dans la grotte près d'eux. Bien que réticents, Manny et Sid se retrouvent contraint de prendre le raccourci après une avalanche. Au cours de l'exploration de la grotte où se trouvent diverses espèces congelées dans la glace (ainsi qu'un vaisseau spatial), le bébé prend un toboggan de glace et les trois animaux, horrifiés, sont obligés de le suivre dans la glissade. Cette longue attraction de toboggan de glace emmène chacun d'entre eux (ainsi que Scrat qui poursuit toujours son gland) à travers des chemins différents avant de se retrouver et d'arriver en bout de piste (pour le plus grand malheur de Scrat qui essayait de récupérer son gland en bout de piste). Ayant apprécié l'attraction sain et sauf, le groupe se remet en route dans la grotte.

Dans une ancienne cave pleine de peintures rupestres, on découvre peinte l'histoire de Manny : il a eu une famille, avec une compagne qu'il aimait et un fils, vivait une vie heureuse. Mais un jour, le petit a involontairement attiré des chasseurs et, malgré l'intervention opportune de Manny, la mère et le fils sont piégés et tués par les hommes et les femmes qui les écrasent avec des rochers. Depuis lors, Manny est connu comme étant "le mammouth solitaire". Après avoir caressé le dessin, il trouve le réconfort auprès du bébé et tous deux s'enlacent. Après cela, tous sortent de la grotte et finalement approchent de leur destination.

Cependant, en vue du Pic sans Tête, un accident se produit : le trio, sans le savoir, passe au-dessus d'une rivière de lave qui fait fondre la glace. De saut en saut, ils se mettent hors de danger mais Diego, à la suite d'un long saut, s'accroche à une extrémité de la glace. Manny se risque dangereusement pour l'atteindre, lui sauve la vie... et prend sa place. Il parvient à ramener Diego, mais n'a pas le temps de s'abriter et est précipité avec un bloc de glace vers une mort certaine. Mais par miracle, la glace en contact avec une explosion de lave soulève une réaction assez puissante pour éjecter le pachyderme, le portant à la surface en toute sécurité. Après cette mésaventure, le groupe s'arrête près du pic le soir en pleine tempête de neige pour se reposer à l'abri. Après avoir allumé par accident un feu, Sid se prétend "prince des flammes" ce qui amuse l'auditoire. Le trio assiste aux premiers pas du bébé qui vient voir chacun d'entre eux, montrant son attachement envers eux. A ce moment-là, Diego commence à se repentir de ses intentions, d'autant plus que l'enfant semble s'attacher à lui. Alors que tous les quatre sont endormis, Scrat se rapproche du feu pour décongeler son gland. Mais en essayant de le dégeler rapidement, il le transforme en pop-corn.

Embuscade et dénouement

Ils ont atteint le Pic sans Tête, et Diego, nerveux, constate que les tigres les ont déjà encerclés. Profitant d'une caverne, il décide de tout révéler à Manny et à Sid. Manny est d'abord furieux contre lui pour sa trahison, mais Diego lui fait comprendre que s'ils ne lui font pas confiance, la meute va les éliminer. Ils inventent un plan, qui consiste à attirer la moitié de la meute sur Sid avec un faux enfant vers Manny. Le plan réussit, mais Soto intervient et coince Manny dans la caverne avec ses sbires. Sid, de son côté, récupère le bébé caché tout en se débarrassant d'un des tigres (Zeke) qui l'a suivi. Diego se retourne contre Soto et les deux tigres s'engagent dans un duel pendant que les tigres tiennent Manny en respect. Soto, plus fort, sort vainqueur et saute sur Manny, mais Diego s'interpose. Soto s'apprête à l'exécuter, mais Sid revient avec l'enfant. Soto, ayant enfin retrouvé sa proie, s'avance vers lui. Mais Manny le pousse sur un rocher où une pluie de stalactites l'achève.

Les tigres, désemparés et dépourvus de chef, s'enfuient. Mais Diego est à terre, pour avoir utilisé son propre corps comme bouclier pour protéger Manny. Sur ses injonctions, Manny et Sid le laissent où il est pour atteindre les humains, qui s'éloignent du Pic sans Tête. Manny et Sid les rejoignent, et Manny montre son fils au chef, non sans avoir testé ses intentions premières à la vue du mammouth. Puis il laisse l'enfant marcher vers son père. Avant de partir, cependant, Manny et Sid font une promesse au bébé, qu'aucun d'entre eux ne l'oubliera, et le chasseur leur fait comprendre qu'il ne pourra jamais oublier le noble geste de Manny. Ensuite, les humains partent avec l'enfant. Alors que Manny et Sid se préparent à partir pour le sud, ils voient Diego, toujours vivant, venu à temps pour faire ses adieux à l'enfant. Enfin Manny, Sid et Diego partent ensemble vers le sud pour échapper au froid. Les dernières paroles qu'on entend de Sid sont : « Vous savez ce qui serait super ? Un réchauffement de la planète ! », faisant prélude à L'Âge de glace 2.

Épilogue

Le film se termine 20 000 ans plus tard : Scrat a gelé avec son gland bien-aimé et, piégé dans un cube de glace qui s'est détaché à la fin de l'âge de glace, flotte dans la mer à le contempler. Échouée, la glace fond progressivement et Scrat, peu à peu libre de ses mouvements, tente d'atteindre le gland qui est tombé à quelques millimètres hors de sa portée. Alors qu'il le touche, le gland est emporté par les vagues de la mer. À ce stade, l'écureuil fou de rage explose sa prison de glace et se cogne la tête sur le tronc d'un palmier, faisant tomber une noix de coco. Scrat décide de cacher la noix de coco dans le sol, créant des fractures qui, bien qu'il tente de les refermer, finissent dans un volcan, lequel entre en éruption sitôt que les fissures atteignent son sommet. Scrat, penaud, a un bref rire nerveux vers le spectateur.