Andy s'apprête à entrer à l'université. Avant de quitter la maison, il doit ranger sa chambre ainsi que son coffre à jouets dans lequel se trouvent ses jouets d'enfance : Woody, Buzz, Jessie et tous leurs amis. Suite à un malentendu, ils se retrouvent dans un carton que la mère d'Andy emmène à la garderie de Sunnyside où des rencontres inattendues les attendent : des enfants déchainés et maltraitants mais surtout d'autres jouets, en plastique ou en peluche ! L'accueil chaleureux qui les attend va vite tourner au cauchemar et la jolie garderie de Sunnyside va se transformer en forteresse dont ils vont vite se sentir prisonniers.

Réussiront-ils finalement à s'échapper pour rejoindre Andy ? L'aventure ne fait que commencer et elle va leur réserver de nombreuses surprises.