Gru, un aspirante supercattivo, famoso per essere una delle persone più cattive della città, prova piacere a fare dispetti e a veder soffrire le altre persone, ed è in possesso di una serie di aggeggi che gli consentono di compiere ogni tipo di cattiveria. Dopo aver ricevuto la notizia del furto della piramide di Cheope da parte di un altro misterioso cattivo, Gru prende decisione di rubare la Luna. Sull'onda dell'entusiasmo per tale progetto, Gru si recherà in una misteriosa "Banca dei cattivi", dove tenterà di richiedere un prestito al fine di portare a buon fine il suo piano. Ma il prestito gli verrà rifiutato poiché ancora gli manca una parte fondamentale della missione: il raggio restringente. Nel frattempo proprio in questa occasione Gru farà la conoscenza di Vector, simpatico ma patetico supercattivo che rivelerà di essere il misterioso ladro della piramide. Questo porterà l'incredulo Gru a detestarlo, congelandogli perfino la testa per dispetto. Gru riesce finalmente a rubare il raggio restringente, che però gli verrà sottratto da Vector, il quale dispone evidentemente di tecnologie molto più avanzate di quelle a disposizione del supercattivo. Egli non riuscirà a recuperare il raggio, finché lui stesso, vedendo delle bambine che indenni entrano nella casa di Vector per vendere dei biscotti, dirà di aver avuto un' "Idea luminosa": adottare quelle stesse bambine, al fine di sfruttarle per riportare il raggio restringente nelle sue mani.
Dopo aver adottato le tre sorelle Margot, Edith e Agnes, si prepara a portare avanti il piano. Verrà tuttavia sempre più distratto dalle tre, finché si ritroverà nei panni di un padre amorevole. La cosa, tuttavia, non gli dispiace in quanto ormai si è affezionato alle tre piccoline. Il dottor Nefario, suo alleato, tenterà di riportarlo alla "ragione" spingendolo a restituire le bambine ( cosa che poi farà, anche se un po' malvolentieri ). Ormai il raggio restringente è già nelle sue mani e i problemi finanziari sono stati superati grazie al piccolo contributo monetario delle bambine, al seguito delle quali si aggiungono tutti i Minions, misteriosi umanoidi gialli che costituiscono la forza lavoro di Gru e Nefario. Dopo aver salutato le bambine poiché loro dovevano andare a sostenere un saggio di danza, Gru ruba la Luna e scoprirà di tenere più alle bambine che a quel furto. Così si precipita al saggio di danza delle bambine ma scopre che Vector le ha rapite per ricattarlo, obbligandolo a scambiarle con la Luna. Gru accetta lo scambio ma Vector, tanto patetico quanto scorretto, lo imbroglia e si rifiuta di restituire le bimbe. Nel frattempo il dottor Nefario scopre che gli effetti del raggio restringente sono ormai al limite, in quanto essi svaniscono dopo poco tempo in base alla massa del corpo su cui è stato utilizzato. La Luna infatti comincia a ingrandirsi. Dopo una serie di rocambolesche imprese, Gru riuscirà a salvare le tre bambine. Una volta che la Luna tornerà normale e ripristinata alla sua posizione originaria nello spazio, Gru lascerà la carriera da cattivo, rinnovato dall'amore per le bambine, per diventare padre a tempo pieno rendendo peraltro felici le tre piccole, mentre Vector invece rimarrà... intrappolato sulla Luna.
