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.

Andy berangkat ke Cowboy Camp, meninggalkan mainannya sendiri. Keadaan menjadi semakin rumit ketika seorang kolektor mainan yang obsesif bernama Al McWhiggen, pemilik Al's Toy Barn menculik Woody. Mainan-mainan Andy melakukan misi penyelamatan yang berani, Buzz Lightyear bertemu dengan lawannya dan Woody harus memutuskan di mana ia dan hatinya benar-benar berada.

Mata-mata paling menarik sedunia melanjutkan pertempurannya melawan si jahat Dr. Evil, yang bekerja sama dengan musuh baru: penjahat tahun 1970-an, Goldmember.