Mr. Peabody (voz de Ty Burrell) é o cão mais inteligente do mundo. Ele acaba de construir uma máquina do tempo, mas ela é roubada por uma pessoa que pretende fazer várias viagens pela História.

Imediatamente, o cão e seu ser humano de estimação, Sherman, devem correr para retomar sua invenção e impedir mudanças drásticas na história da humanidade.