距上一次的冒险已经过去11个年头，转眼间安迪（约翰·莫里斯 John Morris 配音）变成了17岁的阳光男孩。这年夏天，安迪即将开始大学生活，他必须将自己的房间整理整洁留给妹妹。此前，伍迪（汤姆·汉克斯 Tom Hanks 配音）与巴斯光年（蒂姆·艾伦 Tim Allen 配音）等玩具一直期待安迪再和他们玩耍，但是随着岁月的流逝，他们被冷落在箱子里良久了。安迪十分珍惜这些童年的玩伴，于是预备将他们收在阁楼。谁曾想，妈妈却把玩具们看成废物扔到街道上。玩具们误会了安迪，于是愤然出走，宁可被捐赠到阳光之家幼儿园。 伍迪尽力劝解大家，却见效甚微，只得独自黯然分开。巴斯光年他们原本以为将从新回到往昔的快乐时光，不料却陷入一场阴谋之中……展开