À la fermeture du zoo, une poignée de jeunes visiteurs égarés ne parviennent plus à retrouver la sortie. Ils sont à la recherche de leur plus jeune frère, Titouan, passionné de westerns, qui semble avoir disparu dans ce zoo décrépi. Les animaux restants, souvent mal en point, vivent une existence bien différente lorsque les visiteurs sont partis.
Charlie, le gardien du zoo, un personnage haut en couleurs et un brin magicien, aide les enfants à retrouver Titouan tout en leur révélant l'univers secret des animaux. Un zébu dépressif, un paon amoureux, une hippopotame complexée, une otarie philosophe... Une fois la nuit tombée, un véritable ballet animalier prend vie, donnant lieu à une aventure épique et initiatique.