Lightning McQueen, mobil balap rookie jagoan yang digerakkan untuk sukses, menemukan bahwa hidup adalah tentang perjalanan, bukan garis finish, ketika dia mendapati dirinya tiba-tiba berbelok di Radiator Springs, kota Route 66 yang mengantuk. Dalam perjalanan melintasi negara ke Kejuaraan Piala Piston besar di California untuk bersaing dengan dua pemain pro berpengalaman, McQueen mengenal karakter offbeat kota.
Dikejutkan oleh generasi baru pembalap yang sangat cepat, Lightning McQueen yang legendaris tiba-tiba tersingkir dari olahraga yang dicintainya. Untuk kembali ke permainan, ia akan membutuhkan bantuan seorang teknisi balap muda yang bersemangat dengan rencananya sendiri untuk menang, inspirasi dari mendiang Hudson Hornet yang Luar Biasa, dan beberapa tikungan yang tak terduga. Membuktikan bahwa #95 belum selesai akan menguji hati seorang juara di panggung terbesar Piston Cup Racing!
Hewan-hewan pengerat jago nyanyi, Alvin dan para Tupai, bertemu penulis lagu yang kelak jadi manajer mereka, Dave Seville. Sejak itu, hidup mereka pun berubah.