En el Valle de la Paz, una tierra de la antigua China habitada por animales antropomórficos, el torpe panda Po ayuda a su padre ganso adoptivo, el señor Ping, a llevar su restaurante de fideos. Po sueña con luchar algún día junto a los Cinco Furiosos, un grupo de maestros de kung fu entrenados por el maestro Shifu.

El mentor de Shifu, el maestro Oogway, predice que el letal leopardo de las nieves Tai Lung escapará de la prisión y atacará el valle para obtener el Pergamino del Dragón, como ya hizo una vez. Presa del pánico, Shifu envía a Zeng el ganso para que aumente la seguridad de la prisión. A continuación, organiza un torneo de los Cinco para que Oogway pueda identificar al Guerrero del Dragón, un héroe profetizado digno de leer el Pergamino y supuestamente obtener un poder ilimitado. Po llega demasiado tarde para entrar en la arena; desesperado por ver a sus ídolos, utiliza fuegos artificiales para lanzarse al Palacio de Jade. Allí, Oogway nombra a Po Guerrero del Dragón, ante el asombro de todos los presentes.

Creyendo que la decisión de Oogway es un accidente, Shifu intenta deshacerse de Po con un duro régimen de entrenamiento, mientras que los Cinco descartan a Po como un entusiasta sin potencial. Po considera la posibilidad de abandonar, pero tras recibir los ánimos de Oogway, aguanta su entrenamiento y poco a poco se hace amigo de los Cinco con su resistencia, su habilidad culinaria y su buen humor. Durante este tiempo, Po se entera de que Shifu había criado a Tai Lung desde la infancia y lo había entrenado en el Kung Fu; el comportamiento frío de Shifu se debe a su propia vergüenza por la traición de Tai Lung. Mientras tanto, Zeng intenta convencer a los guardias para que dupliquen la seguridad de la prisión. Sin embargo, el comandante de los guardias cree que la seguridad es lo suficientemente estricta, y le muestra a Zeng los alrededores de la prisión para probar su punto. Poco después, Tai Lung escapa de la prisión forzando sus cerraduras con una de las plumas de Zeng y venciendo a los guardias.

Shifu se entera de la fuga e informa a Oogway, quien le hace prometer a Shifu que creerá en Po, y luego pasa al Reino de los Espíritus en una nube de flores de melocotón. Al enterarse de que Oogway ha muerto, y de que Tai Lung viene, Po -que sigue sin poder hacer ningún progreso con el kung fu- hace que Shifu admita que no sabe cómo entrenarlo para que sea el Guerrero Dragón. Tigresa, la líder de los Cinco, escucha esto y dirige a su equipo para enfrentarse a Tai Lung. Al día siguiente, Shifu descubre que Po es capaz de realizar impresionantes hazañas físicas cuando está motivado por la comida, y entrena con éxito a Po incorporando estas hazañas a un innovador estilo de kung fu, utilizando la comida como refuerzo positivo.

Los Cinco Furiosos intentan detener a Tai Lung, pero éste los abruma con su técnica de golpes nerviosos. Shifu decide que Po está preparado para recibir el Pergamino del Dragón, pero el pergamino está vacío, mostrando únicamente una superficie dorada reflectante. Creyendo que es inútil, Po y los Cinco evacuan a los habitantes del Valle mientras Shifu se prepara para enfrentarse solo a Tai Lung. Al intentar consolar a Po por lo ocurrido, el Sr. Ping le revela que su "sopa de ingredientes secretos" no tiene ningún ingrediente secreto, explicando que las cosas son especiales si la gente cree que lo son. Al darse cuenta de que éste es el mensaje del Pergamino del Dragón, que sólo muestra la cara del lector, Po se apresura a ayudar a Shifu.

Tai Lung y Shifu luchan en el Palacio de Jade, hasta que Shifu es brutalmente golpeado hasta la sumisión. Se disculpa con su antiguo alumno por ser demasiado orgulloso para darse cuenta de lo que su ambición estaba provocando en Tai Lung, pero éste se niega a aceptarlo. Po llega con el Pergamino del Dragón, sustituyendo a Shifu y frustrando a Tai Lung con sus imprevisibles y confusas técnicas de Kung Fu. Tai Lung somete temporalmente a Po y toma el pergamino, enfureciéndose cuando se entera de que no da ningún poder místico. Al descubrir que su grasa corporal le hace inmune a los golpes nerviosos de Tai Lung, Po recupera la confianza y se defiende, desterrando finalmente a Tai Lung al Reino de los Espíritus con el Wuxi Finger Hold. [a]

Po es honrado por el Valle y se gana el respeto de los Cinco Furiosos, mientras que Shifu se recupera y alcanza un estado de paz interior. En una escena posterior a los créditos, Shifu y Po comparten una comida mientras un melocotón que Shifu había plantado antes en la película crece en el fondo.