Der hyperintelligente Hund Mr. Peabody lebt zusammen mit seinem adoptierten Sohn, dem nicht minder smarten Menschenjungen Sherman. Um einer Schulfreundin zu imponieren, führt Sherman ihr verbotenerweise die spektakulärste Erfindung seines Vaters vor: eine Zeitmaschine. Und schon beginnen sich Ereignisse aus der Vergangenheit zu verändern und sich auf die Gegenwart auszuwirken. Nur Sherman und Mr. Peabody können das Raum-Zeit-Kontinuum jetzt noch vor der Katastrophe retten.