Dipimpin oleh Woody, mainan Andy hidup bahagia di kamarnya hingga ulang tahun Andy membawa Buzz Lightyear ke dunia hiburan. Karena takut kehilangan tempatnya di hati Andy, Woody berkomplot melawan Buzz. Namun, ketika keadaan memisahkan Buzz dan Woody dari pemiliknya, keduanya akhirnya belajar untuk mengesampingkan perbedaan mereka.

Andy berangkat ke Cowboy Camp, meninggalkan mainannya sendiri. Keadaan menjadi semakin rumit ketika seorang kolektor mainan yang obsesif bernama Al McWhiggen, pemilik Al's Toy Barn menculik Woody. Mainan-mainan Andy melakukan misi penyelamatan yang berani, Buzz Lightyear bertemu dengan lawannya dan Woody harus memutuskan di mana ia dan hatinya benar-benar berada.

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.