皮博迪（泰·布利尔 配音）是一条与众不同的小狗，它拥有绝伦无比的高智商，因此注定拥有迥异于同类的“狗生”。它持有哈佛学位，成功开发了新能源，圆满解决地缘政治，还创立了属于自己的公司。皮博迪偶然机缘下收养了和它有着类似经历的人类小孤儿舍曼（麦克斯·查尔斯 配音），它如同慈父一般悉心教育着他的儿子，并利用自己开发的时光机带舍曼回到未来每一个重要时刻，亲身经历书本上枯燥的历史事件。转眼舍曼到了上学的年龄，他丰富的历史知识得到老师表扬，却也引来高傲的小姑娘佩妮·彼得森（阿芮尔·温特 配音）的嫉妒和欺负。舍曼和佩妮的冲突使皮博迪陷入前所未有的艰难境地，为了保住对舍曼的抚养权，它想尽办法取悦佩妮的父母和相关机构负责人。
而就在那个晚上，舍曼和佩妮竟偷偷乘上时光机，进行了一次惊心动魄的时空大冒险……