Después de perder a su esposa siete años antes, el excéntrico Dr. John Dolittle (Robert Downey Jr.), famoso médico y veterinario de la Inglaterra de la Reina Victoria, se refugia detrás de los altos muros de Dolittle Manor con su colección de animales exóticos como única compañía.
Pero cuando la joven reina (Jessie Buckley) enferma gravemente, un renuente Dolittle se ve obligado a embarcarse en una aventura épica a una isla mítica en busca de una cura, recuperando su ingenio y coraje mientras encuentra viejos adversarios y descubre criaturas maravillosas.
En su búsqueda, el doctor es acompañado por un joven aprendiz (Harry Collett) y un grupo de ruidosos amigos animales, incluido un gorila ansioso (Rami Malek), un pato entusiasta pero con cerebro de pájaro (Octavia Spencer), un dúo de un avestruz cínico (Kumail Nanjiani), un oso polar optimista (John Cena) y un loro testarudo (Emma Thompson), quien es el asesor más confiable de Dolittle.