Larry Daley (Ben Stiller), un éternel rêveur, est persuadé qu’il est destiné à accomplir quelque chose de GRAND, malgré toute la malchance qui s’acharne sur lui depuis quelques temps. Mais il ne pouvait jamais imaginer ce qui allait lui arriver lorsqu’il accepta le poste de « gardien de sécurité » dans un Musée d’Histoire Naturelle. Un soir, lorsqu’il s’assure de la sécurité des lieux, des choses extraordinaires commencent à se produire : Mayas, gladiateurs romains et cow-boys émergent de leur diaporama pour faire des batailles épiques ; un homme de Néanderthal met littéralement le feu au décors qui l’entoure et un tyrannosaure rappelle à tous qu’il est le prédateur le plus féroce de l’Histoire. Dans tout ce chaos, la statue de cire du Président Teddy Roosevelt (Robin Williams) vient en aide à notre héros afin de ramener l’ordre dans le musée.