Woody, Buzz, dan mainan Andy lainnya lama tidak dimainkan. Dengan Andy pergi ke kampus, mereka menemukan bahwa mereka tidak sengaja tertinggal di penitipan anak yang kejam. Para mainan harus bersatu untuk melarikan diri dan kembali ke Andy.

Bob Parr telah meninggalkan hari-harinya sebagai pahlawan super untuk bekerja sebagai penilai asuransi dan membesarkan ketiga anaknya bersama mantan istrinya yang heroik di pinggiran kota. Namun, saat ia menerima tugas misterius, tibalah saatnya untuk kembali mengenakan kostum.

Dua anjing rumahan, Duke dan Max, kian akrab dengan bayi baru di keluarga itu dan terbiasa hidup di peternakan. Teman-teman hewan pun mengurus krisis-krisis baru di kota.

Rodney Copperbottom adalah seorang penemu robot muda yang bermimpi menjadikan dunia tempat yang lebih baik, hingga Ratchet yang jahat mengambil alih Big Weld Industries. Kini, impian Rodney – dan impian teman-temannya – terancam menjadi usang.

Dunia Shrek berubah drastis setelah menandatangani kontrak dengan Rumpelstiltskin. Mampukah Donkey, Fiona, dan Puss in Boots membantunya memperbaiki keadaan?