Quelques temps après l'arrivée de Buzz l'Éclair chez Andy, la famille organise un vide-grenier lors duquel Woody est volé par un collectionneur de jouets, Al. En apprenant cela, Buzz et une partie des jouets n'hésitent pas une seconde à partir le sauver. Entretemps, chez Al, Woody rencontre d'autres jouets : la cow-girl Jessie, le cheval Pil-Poil et le chercheur d'or Papi Pépite. Il apprend alors qu'ils sont tous les héros d'une série télé des années 1950 et que Al veut les emmener dans un musée au Japon. Woody doit donc choisir entre rester le jouet d'Andy jusqu'à ce qu'il devienne un adulte ou partir à l'autre bout du monde pour être admiré.

Entrez dans le monde incroyable de Disney et Pixar avec Woody, Buzz et Jessie et suivez les dans cette grande aventure pleine d'humour, d'amour et d'amitié, vers l'infini et au-delà.