影片改编自理查德·麦圭尔同名漫画。这是一部关于百年间多个家庭分别住进了同一间房子后发生的一系列关于爱、失落、欢笑和泪水的故事。影片横跨时间长河，以极其特殊的视角捕捉到了最纯粹的人类体验，有生活教科书般的温馨，也有白日梦想家般的无限向往，有婚姻经营者的无奈，通过104分钟向观众呈现出一幕幕百年家庭众生相。

与相濡以沫十几个年头的小主人告别后，胡迪、巴斯光年这群《玩具总动员》的好朋友们来到了新的小主人邦妮（艾米丽·哈恩 Emily Hahn 配音）家中继续他们的快乐生活。这一日，他们正在房间内游戏，可是笨乎乎的恐龙雷克斯（沃伦斯·肖恩 Wallace Shawn 配音）突然出现，搞砸了一切，蛋头先生气急败坏，甚至称它为“搞砸派对的雷克斯”。就在这时，邦妮决定找个玩具去洗澡，躲闪不及的雷克斯被她带入了浴室中。在邦妮的搜索游戏中，雷克斯扮演了一个冰海大恐龙，同时还结识了橡皮鸭、船长这群平常只待在浴室中的新朋友。

在一个风雨交加的夜晚，邦妮（艾米丽·哈恩 Emily Hahn 配音）跟随妈妈行驶在漫长的公路上。后备箱内，邦妮的宝贝玩具牛仔胡迪（汤姆·汉克斯 Tom Hanks 配音）、巴斯光年（蒂姆·艾伦 Tim Allen 配音）、杰西（琼·库萨克 Joan Cusack 配音）等围坐在一起看恐怖电影打发无聊时光。突然，汽车意外爆胎，邦妮母女只得在一家名为“好梦”（SleepWell）的汽车旅馆歇脚，等待第二天救援车的到来。夜深人静，玩具们纷纷外出探险，可当他们再聚拢一起的时候，却发现蛋头先生不见了踪影。胡迪他们分头寻找，然而在这一过程中，伙伴们一个个离奇消失。 　　恐怖片的情节变成了现实，而有着幽闭恐惧症的杰西不知不觉肩负起营救伙伴们的重任……

又是一年圣诞节到来，邦妮在摆放着圣诞树的房间里和伙伴们玩耍，玩具们乐得和小主人玩耍，但是三角龙崔茜（克里斯汀·沙尔 Kristen Schaal 配音）似乎对自己不被当作恐龙看待多有不满。少顷，妈妈喊邦妮一起去梅森家过节，邦妮匆匆将伍迪、巴斯光年、雷克斯、崔茜以及新来的天使Kitty猫塞入包中后出发。到了梅森家，邦妮惊讶地发现这个男孩正沉湎于电子游戏中，稍作迟疑后，她便将书包丢到了梅森的玩具房。伍迪他们爬了出来，发现这里仿佛是失落了已久的玩具世界。未过多久，他们进入了一个全部由恐龙战士组成的王国。以恐龙将军（凯文·麦克基德 Kevin McKidd 配音）为首的战士们脑子里只有战斗和侵略，似乎忘记了作为玩具的使命。