Briljante robotics-prodigy Hiro Hamada bevindt zich in de greep van een crimineel complot dat dreigt de snelle, high-tech stad San Fransokyo te vernietigen. Met behulp van zijn dichtste metgezel, een robot genaamd Baymax, sluit Hiro zich aan bij een voorzichtige groep beginnende misdaadbestrijders op een missie om hun stad te redden.