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.

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.

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.