Blu (Jesse Eisenberg) und Jewel (Anne Hathaway) verlassen gemeinsam mit ihren drei Kindern das sichere Zuhause in der Großstadt Rio, weil Jewel der Meinung ist, dass die lieben Kleinen lernen sollten, wie richtige Vögel im Amazonas-Regenwald zu leben. Dort fühlt sich der unter Menschen aufgewachsene Blu äußerst unwohl und fremd. Bei Jewels Vater Eduardo (Andy Garcia) hat er ebenfalls keinen leichten Stand.
Als er sich dank mangelnden Orientierungssinns verfliegt und eine verbotene Nuss pflückt, soll dieses Vergehen bestraft werden. Mit von der Partie ist der rachsüchtige Kakadu Nigel (Jemaine Clement). Doch alle diese Probleme treten in den Hintergrund, als Menschen drauf und dran sind, den Lebensraum der vom Aussterben bedrohten Papageien zu zerstören.