Depois de ser abandonado num planeta hostil a 4,2 milhões de anos-luz da Terra, Buzz Lightyear, o lendário Ranger do Espaço, juntamente com o seu comandante e a sua tripulação, tenta encontrar um caminho de volta para casa, através do espaço e do tempo.

Para isso junta-se a um grupo de ambiciosos recrutas e o seu charmoso animal de companhia, um gato robot chamado Sox.

Para complicar as coisas e ameaçar a missão, chega Zurg, uma presença imponente com um exército de robots implacáveis ​​e intenções misteriosas.