妻に先立たれ、息子たちとも疎遠な元軍人のウォルトは、自動車工の仕事を引退して以来単調な生活を送っていた。そんなある日、愛車グラン・トリノが盗まれそうになったことをきっかけに、アジア系移民の少年タオと知り合う。やがて二人の間に芽生えた友情は、それぞれの人生を大きく変えていく。

元々は軍事用ロボットだが、落雷によるショート・サーキット（回路不良）で感情を持ってしまったナンバー・ファイブ。以前は工場から逃げ出す騒動を起こしたが、今や人間たちにもなじんでジョニー5というニックネームで呼ばれる。NYでジョニー5のおもちゃを作って売っているベンはデパートで働くサンディの依頼を受け、おもちゃをひと月で1000体作ることに。そこに本物のジョニー5が現われ、おもちゃ作りを手伝うことに。