O brilhante prodígio da robótica Hiro Hamada encontra-se nas garras de uma conspiração criminosa que ameaça destruir a cidade rápida e de alta tecnologia de San Fransokyo. Com a ajuda de seu mais próximo companheiro, um robô chamado Baymax, Hiro une forças com uma equipe relutante de iniciantes combatentes do crime em uma missão para salvar sua cidade.