《喜羊羊与灰太狼之开心方程式》带领观众进入了一场别开生面的外星奇遇。一天，外星大王突然降临到青青草原，成为了灰太狼（张琳配音）家的客人，而这个客人可不是寻常之辈，却让整个草原上的故事变得异常精彩。

外星大王在灰太狼家吃住了整整三个月，让本已心急如焚的红太狼大为光火。在灰太狼的巧妙劝说下，外星大王最终决定返回自己的星球。在告别的时候，他送给了灰太狼一桶像石头般坚硬的彩蛋，似乎是离别的礼物。灰太狼却自觉被愚弄，愤怒地将蛋扔掉。巧合的是，这颗蛋正好掉在正在丛林中嬉戏的喜羊羊（祖丽晴配音）等小伙伴们身边。

为了找到失主，大家分头寻找，但一切都是徒劳无功。直到小灰灰（梁颖配音）无意中将蛋拆开，却惊奇地发现一个极为拉风的赛车“小帅哥”跃然而出。而这只是冰山一角，接下来，大块头、赛公主、先行者、红将军、排头兵、战狼传说、优雅王座、小甜甜等各具特色的方程式赛车相继问世。