Режиссером мультфильма «Смешарики. Дежавю» вновь стал Денис Чернов, который стоял у руля предыдущих двух частей полнометражной версии популярного телесериала.

В третьей части «Смешариков»  главным персонажем станет уже знакомый всем кролик Крош. Он решает устроить незабываемый праздник своему другу Копатычу, для чего обращается в агентство «Дежавю», однако все пошло не по плану. Друзья неправильно выполняют поставленные им условия и начинают путешествие по разным временным эпохам, в которых им предстоит встретиться с разными версиями друг друга.

Смешарики собираются дома у Кар-Карыча, чтобы обсудить, как отпраздновать день рождения Копатыча. Чтобы внести разнообразие в их скучные идеи, Крош предлагает устроить настоящую вечеринку с сюрпризами и фейерверками, но Смешарики отвергают его замысел, памятуя о последствиях, к которым приводили безумные затеи Кроша ранее.

Не готовый принять их отказ, Крош решает устроить праздник своими силами и для этого обзванивает все известные ему праздничные агентства. После череды отказов он натыкается на агентство «Дежавю». Агент Крот 3630 вводит его в курс дела: его компания занимается путешествиями во времени. Поначалу Крош не воспринимает Крота всерьез, и тогда тот отправляет его на пять минут назад. Не дав самому себе из прошлого отправиться во временной портал, Крош создает временной парадокс, в результате которого их становится двое. В восторге Крош соглашается воспользоваться услугами агентства.

В день праздника агент Крот и его ассистенты появляются в доме у Копатыча и раскидывают всех Смешариков по разным эпохам. Задолжав Кроту оплату за его услуги, Крош похищает хронопульт и вслед за своим клоном сбегает в Мезозой. Между их прибытием в эпоху динозавров проходит два года, за которые клон Кроша разительно поумнел. Теперь Крошам предстоит отправиться в другие эпохи, вызволить остальных Смешариков и вернуться в свое время, при этом спасаясь от агента Крота, который твердо намеревается аннигилировать должников.

Это третий и самый технически сложный полнометражный мультфильм серии. Он создавался в течение четырех лет на анимационной студии «Петербург». Трехмерные фигурки персонажей анимированы с помощью специальных управляющих манипуляторов с использованием 3D камеры. Обычно на одном персонаже находится несколько десятков манипуляторов, из-за чего на прорисовку одной секунды экранного времени зачастую уходит целый рабочий день.

Для этого фильма привычную зрителям музыкальную заставку сериала исполнили и записали в разных стилях, соответствующих каждой эпохе, в которую попадают герои.

Вскоре после премьеры сценарист мультфильма Дмитрий Яковенко выложил в сеть первоначальный вариант сценария, который был написан в далеком 2014 году для одного из питчингов Фонда Кино. В том сценарии Бараш потерял память и стал шаолиньским монахом, а Совунья – гейшей; Копатыч и Лосяш приняли участие в рыцарском турнире, Карыч и Нюша бороздили моря на пиратском корабле, а Ежик вообще оказался результатом смещения горизонта событий, случившегося из-за устроенного друзьями пространственно-временного парадокса.

Шрок, имя, которое Крош дал своему поумневшему в первобытном мире двойнику из другой временной линии, это Крош наоборот. Такое прозвище хорошо подчеркивает полную противоположность характеров главных героев.

В мультфильме происходит уже третье во вселенной Смешариков празднование дня рождения Копатыча. При этом действие мультфильма происходит летом, хотя в основном сериале (в трехчастной серии «Эффект бабушки») праздник отмечали зимой, а по информации из «Большой книги Смешариков» Копатыч родился 8 сентября.

Хронобудка, служащая экспонатом музея Агентства, это, по всей видимости, ТАРДИС из знаменитого британского телесериала «Доктор Кто». Эту версию подтверждает прокручиваемая в будке видеозапись.

Сцена с падением поезда в ущелье почти покадрово копирует аналогичную сцену из культового фантастического фильма Роберта Земекиса «Назад в будущее 3».

В одном из эпизодов мультфильма появляются зловещие клоуны с красными шарами, что является отсылкой к фильму Энди Мускетти «Оно» и к оригинальному роману Стивена Кинга.

Во время начальных титров фильма зрителям были показаны кадры из старых 2D серий основного мультсериала, а также Шаролет из образовательного спин-оффа «Смешарики: Пин-код».

В «Шарараме», многопользовательской онлайн-игре с персонажами «Смешариков», в честь премьеры фильма было проведено несколько квестов, «Раскрой тайны агентства» и «Приключения с агентством Дежавю».