自从上一集牛仔伍迪救回巴斯光年之后，他一直和其他玩具一起快乐的生活在小主人家。一次，小主人参加夏令营去了，伍迪因为破旧而没被带去。留在家里的伍迪恰巧被一个玩具收藏家发现了，认为他是近代最具代表性的玩具。于是将伍迪被偷了出来放在颇富盛名的文化博物馆内展览。在家里所有的玩具 都很担心伍迪，因此巴斯光年自告奋勇去寻找伍迪，但是当他们发现伍迪在展览馆时， 伍迪却似乎不再愿意回去过那平凡的生活……

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收拾整齐留给妹妹。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很久了。安迪十分珍惜这些童年的玩伴，于是准备将他们收在阁楼。谁曾想，妈妈却把玩具们当作废物扔到街道上。玩具们误解了安迪，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，却收效甚微，只得独自黯然离开。巴斯光年他们原本以为将重新回到往昔的快乐时光，不料却陷入一场阴谋之中……

茂密的原始森林中，生活着人类小孩毛克利（尼尔·塞西 Neel Sethi 饰）。因某种原因他很小就成为了孤儿，黑豹巴希拉（本·金斯利 Ben Kingsley 配音）最先找到了他，并将毛克利托付给狼族的首领阿克拉。从此以后，毛克利以狼的身份在森林里成长起来，和他的兄弟姐妹们学习捕猎和求生技巧。然而并非所有动物都接受毛克利的存在，特别是曾被人类伤害的老虎谢利·可汗（伊德里斯·艾尔巴 Idris Elba 配音），更将男孩视为眼中钉肉中刺。谢利·可汗向狼族发出威胁，众狼们不得不为族群的命运做出考量。毛克利不希望“家人”为难，他选择离开狼群，而唯一陪伴他的巴希拉则希望带着男孩回归人类世界。
即便如此，谢利·可汗也绝不肯善罢甘休，他对男孩展开了无休止的追杀……