Personne ne peut rivaliser avec monsieur Peabody quand il s'agit de résoudre une énigme scientifique ou de réaliser un plat de grand chef. En revanche, rien ne préparait ce chien, Prix Nobel, à devenir père. Il fait de son mieux mais accumule les maladresses avec Sherman, son fils adoptif. Afin de lui apprendre l'Histoire, l'inventeur de génie crée une machine à voyager dans le temps. Alors qu'il a l'interdiction formelle de l'utiliser, Sherman décide d'enfreindre les règles pour les beaux yeux de Penny, une camarade de classe un peu pimbêche. Leur voyage provoque des dérèglements historiques qu'ils n'imaginaient pas...