As pessoas esperaram ten long anos para ver brinquedos espirituosos e fiéis amigos Sheriff Woody (dublado por Tom Hanks) e Buzz Lightyear (Tim Allen) reunidos na telona. Mas também passaram dez anos para Buzz e Woody. Abandonados num armário empoeirado, a dupla dedicada lidera um pequeno remanescente de brinquedos sobreviventes — velhos amigos que seu atual dono de dezessete anos, Andy (John Morris), manteve por razões sentimentais — e imaginam jeitos elaborados de conquistar mesmo que um segundo da atenção de Andy. Quais brinquedos permanecem após anos de chás de garagem e sacos de lixo? A intrépida cowgirl Jessie (Joan Cusack), o cofrinho Hamm (John Ratzenberger), o tímido dinossauro Rex (Wallace Shawn), o Senhor e a Senhora Cabeça de Batata (Don Rickles e Estelle Harris), o sempre leal Slinky Dog (Blake Clark), o valoroso soldado Green Army Men Sarge (R. Lee Ermey) e a Barbie (Jodi Benson), uma boneca animada, otimista e pouco inteligente que buscou refúgio com Buzz e Woody depois que Molly (Beatrice Miller), a irmã de Andy, começou a ignorá-la. Mas quando há brinquedos falantes, problema nunca fica longe. Enquanto Andy se prepara para ir para a faculdade, sua mãe (Laurie Metcalf) confunde uma sacola cheia de brinquedos com lixo e os coloca na calçada. Woody, tendo visto a confusão acontecer, tenta desesperadamente explicar a Buzz, Jessie e os outros brinquedos aterrorizados a situação, mas, como costuma acontecer, eles se recusam a ouvir. Saltando para dentro de uma caixa de doação destinada à Sunnyside Daycare Center, eles chegam a um lugar de promessa e potencial: um mundo colorido onde serão brincados todos os dias enquanto suas junções de bola e costuras durarem. Woody está convencido de que todos pertencem a Andy, mesmo que isso signifique ficar numa caixa no sótão, e parte para casa.