En Hiro Hamada és un geni de la robòtica de 13 anys que decideix utilitzar les seves aptituds per fer el bé. Amb les seves habilitats científiques uneix forces amb el seu millor amic, el robot Baymaxes, i es converteix en líder d'un equip de superciborgs.

Un monstre marí prehistòric conegut com a Godzilla, originari d'una era en què la Terra tenia un elevat nivell de radiació i que encara s'alimenta de radioactivitat, ha sobreviscut amagat fins als nostres dies tot i els intents d'eliminar-lo als anys 50. Quan dos monstres malvats de característiques similars es desperten després d'un llarg període de letargia, l'enfrontament entre el Godzilla i aquests éssers posa en perill la humanitat.