玩具们的主人安迪今年17岁了，马上即将迎来他自己人生中的一个重要阶段--大学。同时，这个变故对于他的玩具们来说也意义重大，也许这将改变他们所有人的命运。正当伍迪和巴斯光年他们为未来担忧的时候，安迪决定仍然保留他所有的玩具，并且带着伍迪一起去大学，将剩下的放入阁楼。但是，安迪的母亲却无意中将打包了玩具的箱子扔进了垃圾堆。当玩具们意识到自己置身于垃圾中时，他们都以为是安迪抛弃了他们。牧羊女杰西这时号召大家掌控自己的命运，开始新的生活。于是玩具们跳进了一个前往日托幼儿园的箱子。与此同时，伍迪作为唯一一个安迪的"亲随"并没有被放入箱子中。当他意识到大家不见了之后，便开始了他自己的拯救行动。但是不幸的是，最后他自己也被困电影下载在了箱子中。来到新的环境后玩具们遇到很多新的朋友，同时也有许多并不十分友好的玩具在那里等着给他们制造麻烦。玩具们需要闯过许多难关才能找到回家的路，而首先，伍迪必须让同伴们信服，安迪并没有抛弃他们。