自从11年前玩具们所经历的大冒险后，玩具们安然无恙的度过了好几个年头。转眼间，玩具们的主人安迪（约翰·莫里斯 John Morris 配音）已经成为一个青少年，也即将离家去展开他的大学生涯。伍迪（汤姆·汉克斯 Tom Hanks 配音）与巴斯（蒂姆·艾伦 Tim Allen 配音）以及其他的玩具们也都人心惶惶，深怕这个他们内心最恐惧被丢弃的一天即将来临。这一天，安迪的妈妈来到安迪的房间，询问他将如何处置这些伴他渡过童年的玩具们，并且要求安迪在离家前要把这些东西处理好，如果没有将要留下的玩具放置阁楼收藏，她就会把这些玩具处理掉。安迪在妈妈的逼迫下，再次打开他的玩具箱，童年回忆涌上心头，他根本舍不得将任何一件玩具丢掉，所以将所有的玩具都放入大黑袋子中，准备将它们放置阁楼，但正要将袋子放入阁楼的同时，安迪被妹妹呼唤去帮忙，就在阴错阳差之下，妈妈误以为黑袋子里的玩具是要丢弃，所以就将玩具们全数捐给阳光托儿所。

　　玩具们来到阳光托儿所原本以为来到了天堂，托儿所里有非常好的规划还有更多玩具的新朋友，而且玩具们也都兴奋的期待能够再与小主人一同玩乐。殊不知托儿所的小朋友一抵达教室的时候才是噩梦的开始，被拉扯、被吞食、被支解几乎是天天上演的戏码。另外托儿所还有黑暗的地下组织，玩具们人人自危。

　　同时安迪发现珍藏的玩具被不心丢弃了，正心急如焚的寻找，玩具们得知小主人安迪在寻找他们，即将一起展开史上最大规模的逃亡行动，还有更多的冒险等着他们，玩具们是否能成功回到小主人安迪的身边呢？

　　本片在视听效果上全面追赶潮流，大规模投放3D版本。此外，本片还成为了杜比7.1版本音响系统第一部应用的影片。