Panda jovial et glouton, Po n'en est pas moins un as des arts martiaux, assurant la sécurité de la Vallée de la Paix avec ses coéquipiers Tigresse, Grue, Mante, Singe et Vipère. À sa grande surprise, son vieux maître Shifu le choisit pour lui succéder. Convaincu d'être moins doué pour le kung fu que ses collègues, l'animal obèse échoue lamentablement dans sa mission d'enseignement. Alors que son moral est au plus bas, il apprend l'arrivée au village de Li, un panda qui parcourt le pays à la recherche de son fils. S'ensuivent d'émouvantes et joyeuses retrouvailles. Sauf pour M. Ping, l'oiseau vendeur de dumplings qui a adopté et élevé Po. De sorte que lorsque ce dernier part avec Li vers le village en montagne où habitent les rares pandas qui ont survécu à un terrible génocide, Ping est également du voyage. Se sentant enfin lui-même parmi ses congénères, Po s'emploie à les former pour affronter Kai, un yak venu du monde des esprits pour s'emparer de la force (le "chi") des grands maîtres du Kung Fu, afin de dominer l'univers.