延续前一集的剧情，狮子亚历克斯（本·斯蒂勒 Ben Stiller 配音）、斑马马蒂（克里斯·洛克 Chris Rock 配音）、长颈鹿迈尔曼（大卫·休默 David Schwimmer 配音）、河马格洛里亚（贾达·萍克·史密斯 Jada Pinkett Smith 配音）以及企鹅们，为了能离开马达加斯加岛回到五光十色的纽约，对一架破旧的失事飞机进行维修改造，并成功起飞。当大家已经开始庆祝终于可以回到纽约时，飞机却意外降落，迫降到了非洲大草原上。在这儿，狮子亚历克斯终于见到了它的父母。但是由于生活习性上太多不一样，而且言行举止各异，使得这群纽约来的动物们显得格格不入。这群昔日纽约中央公园的动物明星们，在这野外艰难的环境中应该怎么办？虽然在这儿遇见了自己的同类，但因为习性不同，使得自己无法完全融入他们的群体。为了能融入环境，与同类们建立良好的关系，大家都是施展各种招式，笑料百出。

在未来世界，由于痛失爱子，天才科学家天马博士（尼古拉斯·凯奇 Nicolas Cage 配音）创造出了机械人阿童木（弗莱迪·海默 Freddie Highmore 配音），想以此来作为儿子的替身，寻找安慰。虽然，阿童木拥有博士儿子的情感和记忆，而且先进的程序还在不断完善其情绪，并让他富有同情心。可是，博士始终无法接受失子之痛，对阿童木也不能正确对待，并认为他不是人类而将其抛弃。阿童木沦落为无家可归的流浪儿，而且还备受军方的四处通缉，并最终被抓住。军方要求天马博士拿掉阿童木的能源，让它变成军方机器人的能源配备。在最后时刻，天马博士突然醒悟，并协助阿童木逃走。面对军方的围追堵截，阿童木奋起反抗，最终一场惊世大战一触即发。在不断的旅行过程中，阿童木也逐渐成长，他也接受了自己这机械与人类结合的设计，并肩负起全人类生死存亡的重任。

随同去年9月底《超时空要塞F》最终回放送结束之际，TV动画片尾便登布了剧场版制作的消息，广大死忠为之虎躯一震，翘首以待。在2009年1月发售的Macross系列作品的综合杂志《Macross Ace》Vol.001当中，些许剧场版情报流出，其中在河森正治总监督＆菅野洋子特别会谈中，两位业内人士对将在2009年上映的《超时空要塞MF》剧场版进行了将近3小时的对话，从中我们得知了剧场版将计划让库兰往爱情方面发展，补足TV中的遗憾，原本在TV中河森神棍的许多建议未被采纳的建议今回将在剧场版中表现出来，而剧中也许会对TV系列进行回顾，引用河森的说法便是为了能让初次接触MF的人对该作有个大概的了解，所以在角色的立场上会有所变动，而至于库兰是否顶替双歌姬的位置菅野洋子回答有机会的话会尝试。
在忙碌于剧场版制作将近半年的时间内，6月份发售的《Macross Ace》Vol.002终于闪亮登场，同时还带来了两则关于剧场版的消息。其一为剧场版《超时空要塞F》将于11月21日正式上映，加入了冬季剧场放映档期。其二为剧场版《超时空要塞F》标题正式定为“虚空歌姫”，而杂志图中绿坝娘兰华李惊现真实二字，腹黑状态的雪露女王只搭配了嘘字，难不成在剧场版中将要揭示绿坝娘才是阿尔特的最终翅膀么！？那么之前《Macross Ace》Vol.001中透露的库兰为主角又是怎么回事！？河森神棍你必须给我们一个交代啊！河森你有什么不开心的事？说出来让大家开心一下，请不要黑雪露好吗？