Megamind adalah supervillain jenius berkulit biru yang menjadi kebalikan total dari superhero Metro Man. Keduanya sama-sama alien dari spesies berbeda yang dikirim ke Bumi saat masih bayi, sebelum planet asal mereka hancur oleh lubang hitam.

Meski mendarat di Metro City pada waktu yang sama, nasib mereka sangat berbeda, Metro Man dibesarkan di rumah mewah, sementara Megamind tumbuh di penjara.

Saat bersekolah, Metro Man selalu dipuja dan disukai semua orang, sedangkan Megamind terus-menerus dibully hingga akhirnya mencapai titik jenuh. Dari situlah rivalitas panjang antara Megamind dan Metro Man dimulai.

Bertahun-tahun kemudian, Megamind bersama asistennya yang setia, Minion, terus mencoba merebut kota dari Metro Man, namun selalu gagal.

Pada hari pembukaan Museum Metro Man, Megamind kabur dari penjara, menculik reporter Roxanne Ritchi, dan memancing Metro Man ke sebuah observatorium terbengkalai. Di sana, Megamind menembakkan sinar kematian bertenaga matahari.

Metro Man tak bisa kabur karena atap observatorium berlapis tembaga yang melemahkan kekuatannya. Mengira musuh bebuyutannya telah musnah, Megamind pun mengambil alih Metro City dan melakukan berbagai kejahatan.

Namun tanpa Metro Man sebagai lawan, Megamind justru merasa hampa, depresi, dan kehilangan tujuan hidup. Ia berencana menghancurkan Museum Metro Man, tapi menyadari Roxanne juga berada di sana. Saat kabur, Megamind tanpa sengaja mengeringkan kurator museum bernama Bernard hingga berubah menjadi kubus kecil.

Dengan teknologi hologram, Megamind menyamar sebagai Bernard dan berbincang dengan Roxanne. Dari obrolan itu, Megamind terinspirasi untuk menciptakan superhero baru menggunakan DNA Metro Man. Ia pun menyempurnakan formula tersebut.

Namun dalam kekacauan di markasnya, Megamind tak sengaja menyuntikkan serum itu ke Hal Stewart, kameramen Roxanne yang diam-diam tergila-gila padanya.