Max es un pequeño perro que vive completamente enamorado de su dueña, Katie, en un departamento en Nueva York. Ambos hacen todo juntos: pasean, juegan y disfrutan de pasar las noches viendo el paisaje de la ciudad. El drama comienza cuando Katie tiene que marcharse al trabajo y Max pasa el tiempo esperando por ella. Hasta que un día, un perro nuevo, Duke, que es enorme, llega a sus vidas a competir por el amor de la chica. La riña por el territorio y el lugar en la vida de Katie entre ambos perros se sale de control y de casa, lo que los obliga a unir fuerzas para volver al hogar, a pesar de llevarse tan mal. Aunado a ese conflicto, podemos ver a un conjunto de animales (perros, gatos, aves y todo tipo de mascotas exóticas) que se volverán aliados y oponentes de ese par, complicando todavía más la situación.
Al igual que en otras películas como Toy Story de Pixar, La vida secreta de tus mascotas parte de imaginar que en la ausencia de los humanos las cosas no se desarrollan como creeríamos; en este caso, la existencia de los animales domésticos. Incluso son evidentes algunos paralelismos entre este filme y Toy Story, en el papel que ocupa cada uno de los personajes: Max tiene el amor de su dueña, como Woody lo tenía de Andy, y el conflicto con la llegada de Duke se parece al momento en el que Buzz llega a vivir con el resto de los juguetes del niño, compitiendo por la posición de liderazgo y rompiendo con el orden natural del ecosistema. En un ejercicio de imaginación de los guionistas y los directores, todo se convierte en una gran aventura en la que los protagonistas recorren la ciudad de Nueva York (con todo y sus alcantarillas), se enfrentan a animales abandonados despechados, a territoriales gatos callejeros y sobre todo a los empleados de la perrera (una última prueba esencial para poder volver y estar a salvo antes de que sea la hora en la que los humanos vuelven a casa). Como dicta la fórmula moderna de películas para niños, hay momentos de acción, aderezados con coreografías exageradas o bobas, diseñadas para hacer reír y rendir homenaje a otros géneros fílmicos, como las películas de mafiosos o las de acción, una herencia de la eficazmente explotada slapstick comedy de los minions, coinvención de Chris Renaud, uno de los dos directores de esta película.