En un bullicioso mundo de videojuegos, un villano llamado Ralph está cansado de desempeñar siempre el mismo papel en su juego. Desde hace más de 30 años, su misión es destruir edificios, para que el héroe, Fix-It Felix, los repare y obtenga todos los aplausos. Harto de ser el chico malo, Ralph decide emprender una aventura para demostrar que puede ser un héroe también. Con esta idea en mente, se escapa de su juego y se introduce en otros mundos de videojuegos.

En un rincón lejano de la galaxia, Buzz Lightyear, un famoso guardián espacial, se enfrenta a su mayor desafío. Tras un exitoso paseo en la Academia Star Command, se convierte en el líder de un grupo de élite encargado de proteger el universo del mal. Sin embargo, su vida da un giro inesperado cuando la temible emperatriz Zurg lanza un ambicioso plan para apoderarse del espacio y someternos a su tiranía.

En el mundo frenético de la vida universitaria, un joven llamado Al (interpretado por Freddie Prinze Jr.) se encuentra atrapado en una montaña rusa emocional cuando se enamora de la encantadora Imogen (Julia Stiles), una chica que representa todo lo que él siempre deseó: independencia, creatividad y una visión del mundo diferente. A medida que la relación entre Al e Imogen florece, los dos se embarcan en un viaje de autodescubrimiento que les lleva a enfrentar sus respectivos miedos y anhelos.