Cuando Woody, el valiente vaquero, es accidentalmente robado por un coleccionista obsesionado, sus amigos juguete – Buzz Lightyear, Jessie, Rex y los demás – se embarcan en una misión trepidante para rescatarlo. Mientras tanto, Woody descubre que es parte de una valiosa colección de juguetes de una famosa serie de televisión de los años 50. Atraído por la idea de ser parte de una exposición, Woody debe enfrentarse a decisiones difíciles sobre su vida como un juguete en una caja o como una estrella de culto en el mundo de los coleccionistas.
