Dino est un chat qui partage sa vie entre deux maisons. Le jour, il vit avec Zoé, la fillette d'une commissaire de police. La nuit, il escalade les toits de Paris en compagnie de Nico, un cambrioleur d'une grande habileté. Jeanne, la commissaire de police, est sur les dents. Elle doit à la fois arrêter l'auteur de nombreux vols de bijoux, et s'occuper de la surveillance du Colosse de Nairobi, une statue géante convoitée par Costa, le criminel responsable de la mort de son mari policier. Depuis ce drame, la fillette ne dit plus un mot. Les événements vont se précipiter la nuit où Zoé surprend Costa et sa bande. Une poursuite s’engage, qui durera jusqu'au matin, et qui verra tous les personnages se croiser, s'entraider ou se combattre, jusque sur les toits de Notre-Dame... Après une quinzaine de court métrages d'animation réalisés en collaboration, ''Une vie de chat'' est le premier long métrage du duo Jean-Loup Felicioli/Alain Gagnol.
