일자리가 없어 도시를 배회하는 떠돌이는 어느날 아침 산책길에서 꽃 파는 눈먼 소녀(를 만난다. 떠돌이는 마지막 동전을 털어서 꽃을 사주고, 육중한 차문 닫히는 소리에 소녀는 그를 부자로 오인한다. 소녀에게 애정을 느낀 떠돌이는 부자 행세를 하며 가깝게 지내고, 그녀의 눈을 수술할 비용을 마련해 주기로 약속한다. 어느 날 술에 취해 물에 빠진 백만장자를 구해준 떠돌이는 그와 친구가 되는데, 백만장자는 술에 취했을 때만 그를 알아보고 술이 깨면 그를 도둑으로 오인한다. 백만장자가 술에 취했을 때 소녀의 수술비를 얻어낸 떠돌이는 그가 술이 깨기 전에 달아나 소녀에게 돈을 전해주고 사라지는데...

증기기관차 ‘제너럴’과 여자친구 애너벨 리를 사랑하는 기관사 조니는 남북전쟁이 발발하자 남군에 입대하려 하지만 거절당한다. 이 때문에 애너벨은 그가 겁쟁이라고 생각하게 된다. 어느 날 북군이 애너벨이 타고 있는 제너럴을 훔쳐가자, 조니는 자신의 두 연인을 구해내고 용기를 입증하려 하는데...

금광을 찾아 알래스카에 온 찰리는 살인범 블랙의 오두막에서 금광을 찾았다는 멕케이를 만난다. 산속에 갖힌 이들은 원조를 청하는 제비뽑기를 한다. 블랙이 길을 떠나지만 추격중이던 경찰을 만나 죽고,찰리와 맥케이는 너무 배가 고파 구두를 끓여 먹기도 한다. 간신히 마을에 도착한 찰리는 조지아라는 무희에게 반한다. 그녀는 추근거리는 남자들을 따돌리기 위해 찰리와 춤을 추지만, 어느날 그가 자신을 좋아하고 있음을 눈치챈다. 한편 자신이 발견한 금광의 위치를 잊어버린 멕케이는 찰리와 함께 구사일생으로 금광을 다시 찾고 이들은 백만 장자가 되는데...

20년 후, 개를 통해 전염되는 개 독감이 모든 종을 위협하고 인간에게도 전염된다. 우니현의 코바야시 시장은 개들의 신속한 격리를 주장한다. 유기견과 애완견을 막론하고 모든 개를 추방해야 한다는 것. 공식 법령 발표와 함께 개들은 쓰레기 섬으로 추방 되고 그곳은 개들의 식민지가 된다. 그 첫 번째 희생견은 고바야시 시장의 조카인 아타리의 수행견 스팟. 6개월 후 아타리는 스팟을 구하기 위해 시장 몰래 도시를 떠나 쓰레기 섬으로 잠입한다. 섬에 불시착한 아타리는 생존력 강한 개들, 치프, 렉스, 킹, 보스, 듀크의 도움을 받아 자신을 보살펴준 반려견 스팟의 소재를 찾아나선다.

앤디가 카우보이 캠프에 간 동안 앤디의 어머니는 벼룩 시장을 열고 앤디의 장난감 중 위지가 팔려가게 될 운명이 되자 우디가 위지를 구하러 간다. 그러나 우디는 토이 수집가 알에게 유괴당한다. 우디는 원래 제시와 스팅키와 한 세트로 셋이 모이면 일본의 토이 박물관에 갈 수 있다. 알은 우디를 새 것처럼 고쳐주고 제시와 스팅키는 우디와 함께 박물관으로 갈 것을 우디에게 요청한다. 앤디와 친구들을 생각하며 처음엔 거절했으나 우디는 그들과 함께 박물관으로 가기로 한다. 그러나 이 사실을 모르는 버즈와 토이 친구들은 구조대를 결성해 우디를 구하러 가는데...

야간 경비원 근무 첫날 밤, 박물관이 살아 움직이기 시작했다?! 엉뚱한 사업 아이템으로 하는 일 마다 늘 실패만 하는 래리 델리(벤 스틸러 분). 그를 더 이상 견뎌내지 못한 부인이 곁을 떠나자 래리는 하나 밖에 없는 아들에게만큼은 떳떳한 아버지가 되기 위해 직장을 찾아 나선다. 별 볼일 없는 그에게 온 유일한 기회는, 모든 사람들이 기피하는 자연사 박물관 야간 경비원. “아무것도 내보내지 말라”는 선배 경비원의 기이한 충고를 들은 근무 첫 날 밤, 래리는 박물관의 전시물들이 살아 움직이는 놀라운 광경을 목격한다. 밤마다 살아나는 박물관! 과연 여기에는 무슨 비밀이 있는 것일까?? 박물관 전시품들은 매일 밤 제멋대로 움직이며 래리를 괴롭힌다. 마야인들, 로마의 글래디에이터들, 카우보이들이 살아나 그들끼리의 전쟁을 벌이기 시작하고, 네안데르탈인은 자신의 디스플레이 케이스를 불태우고, 가장 포악한 공룡 티라노사우루스는 래리를 못 잡아 먹어 안달이다. 이런 대혼란 속에서 래리가 상담할 상대는 왁스 모형인 루즈벨트 대통령(로빈 윌리엄스 분)뿐. 아들을 위해 어떤 역경 속에서도 박물관을 무사히 보호해야만 하는 래리는 첫 날 선배들에게 들었던 충고가 잊혀지지 않는다. 과연 이 박물관에는 무슨 비밀이 있는 것일까?