スペース・レンジャーのバズ・ライトイヤーは責任感も強く有能だったが、あるとき自分の能力を過信したことから、危険な惑星に不時着する羽目になる。1,200人の乗組員たちを全員地球に帰還させるため、彼は相棒である猫型の友だちロボット「ソックス」と共に超高速のハイパー航行に挑む。そしてたどり着いた62年7か月と5日後の世界で、バズは新たな仲間となるイジーらと出会う。