Mr. Peabody, een zeer talentvolle hond, en zijn ondeugende zoon Sherman, gebruiken hun tijdmachine – de WABAC – om op allerlei spannende avonturen te gaan. Maar wanneer Sherman de tijdmachine gebruikt om indruk te maken op zijn vriendinnetje Penny, gaat er van alles mis. Het is aan Mr. Peabody om te voorkomen dat Penny en Sherman het verleden, heden en de toekomst voor altijd veranderen.