Năm 1995, sự ra đời của Toy Story trở thành một hiện tượng lớn trên toàn cầu bởi đây là bộ phim hoạt hình dài đầu tiên trong lịch sử được thực hiện hoàn toàn bằng kỹ thuật đồ họa vi tính.
Câu chuyện về cậu bé Andy với những món đồ chơi có linh hồn và cảm xúc y chang con người đã chinh phục không chỉ trẻ em mà còn khiến cả người lớn cũng bị thu hút. Sau 15 năm, Pixar quyết định thực hiện phần cuối cho "kỳ quan" đầu tiên của họ.Toy Story 3 được mở đầu với những hình ảnh quá khứ của Andy khi cậu còn bé và đang vui đùa bên những món đồ chơi rực rỡ màu sắc.
Trải qua bao năm tháng, Andy đã trưởng thành và chuẩn bị trở thành một sinh viên đại học. Những món đồ chơi gắn bó với tuổi thơ của cậu như anh chàng cao bồi Woody, phi hành gia Buzz Lightyear, chú chó lò xo Slinky... thì vẫn như ngày nào. Giờ đây chúng trở thành những món đồ cũ bị cất sâu trong hòm. Một tình huống hiểu lầm đã đưa những món đồ chơi lạc vào nhà trẻ tư Sunnyside.
Tại đây, chúng gặp gỡ với những người bạn mới như gấu bông thơm mùi dâu tây Lotso, Ken - một búp bê nam điệu đà... và bắt đầu một cuộc sống mới mà không có Andy.Chàng cao bồi Woody tìm mọi cách để trở về với chủ nhưng đám đồ chơi cho rằng Andy không còn cần chúng nữa và quyết định ở lại Sunnyside. Tuy nhiên, mọi việc trở nên đảo lộn khi đám đồ chơi rơi vào tay những đứa trẻ nghịch ngợm với bàn tay thô bạo và phá phách.
Một kế hoạch được lập ra và cả nhóm phải tìm mọi cách qua mặt được những thế lực đen tối đang thống lĩnh nhà trẻ Sunnyside để có thể trở về với Andy. Một cuộc phiêu lưu mới thực sự bắt đầu với Buzz Lightyear, Woody và những người bạn của mình.