小林（田村睦心 配音）是一位非常平凡的程序员，在一次偶然之中救了一条名叫托尔（桑原由气 配音）的龙，为了报答小林的救命之恩，托尔化身成为了女仆的样子来到了小林家中，就这样，小林和龙女仆的同居生活就此拉开序幕。
　　古灵精怪我行我素的康娜卡姆依（长绳麻理亚 配音）、对人类有着非常深的成见，但似乎不太聪明的样子的艾露玛（高田忧希 配音）、心思细腻温柔又稳重的大姐姐露科亚（高桥未奈美 配音）、痛恨着人类，但又无法自持的被人类所发明出来的游戏所吸引的法夫纳（小野大辅 配音），自托尔之后，小林的身边接二连三的出现了这些性格迥异的龙族们。

　　灰太狼费尽心思创造出各种发明来捉羊，却屡次失败。于是灰太狼来到发明星球，去抢宇宙级大发明家——妙多多发明的发明战车聚宝号来捉羊。慢羊羊得知后，准备造出另一个聚宝号对付灰太狼。但由于慢羊羊是普通发明家，不仅失败，还因此失去了发明能力。于是，小羊们也来到了发明星球。
　　一踏上发明星球，小羊们就被星球上不可思议的人和事所吸引：发明星球卧虎藏龙，居民都拥有自己专属的发明能力，是某一领域的发明高手。
　　小羊们通过新闻找到了妙多多，但聚宝号已经被灰太狼给抢走了。妙多多便给了小羊们他的另一辆发明战车——妙宝号来对抗灰太狼的聚宝号。由于聚宝号和妙宝号没有发明星球的能量来源——能量之芯，无法发挥最大功力。灰太狼便想尽各种办法，创造出各种发明来抢夺能量之芯。羊羊们便用妙宝号阻止灰太狼。妙多多还告诉小羊们只要妙宝号用发明帮助别人，积蓄能量，再配上能量之芯，可以使慢羊羊回复发明能力。于是，小羊们开始发挥奇思妙想，用发明解决居民们的花式求助。

由美国环球影片公司、照明娱乐联手打造的人气动画喜剧《神偷奶爸3》重磅归来，第三部依然延续前作风格，贱萌小黄人、蠢萌大盗、可爱萝莉等亮眼元素悉数回归，在此基础上，片方还特意打造了“小黄人&格鲁日记”系列短片，以番外小故事的形式来记录小黄人们的可爱日常。