Età Vittoriana. John Dolittle (Robert Downey Jr.), celebre ed eccentrico veterinario, ha perso la moglie da sette anni e ora vive in solitudine nella tenuta Dolittle. I suoi animali esotici sono gli unici a fargli compagnia. Le cose cambiano quando la giovane Regina (Jessie Buckley) si ammala gravemente e il dottor Dolittle, suo malgrado, si vede obbligato a partire verso un'isola remota e misteriosa, in cerca di una cura. Qui ritroverà entusiasmo e slancio nei confronti della vita, imbattendosi in vecchi rivali e creature meravigliose. In questa avventura avrà al suo fianco un giovane assistente (Harry Collett) e un fantastico gruppo di amici animali parlanti, tra i quali un ansioso gorilla (doppiato nella versione originale da Rami Malek), un'oca entusiasta ma poco brillante, uno struzzo indifferente e freddo, che battibecca con un orso polare sempre ottimista, e un cocciuto pappagallo (voce originale Emma Thompson), il più fidato consigliere e amico di Dolittle.