우디는 낡은 카우보이 인형이지만 6살 짜리 주인 앤디가 가장 아끼는 장난감인 것은 물론이고 다른 장난감들의 존경도 받으며 우디는 장난감 세계의 질서를 지켜 나간다. 그런데 앤디의 생일이 다가오고, 앤디가 선물로 받은 최신형 장난감은 첨단의 우주복을 입은 인형 버즈. 금세 앤디의 사랑을 독차지한 버즈의 등장으로, 우디는 혼란과 실망을 느끼게 된다.
그래서 일생일대의 최대 라이벌 버즈를 해치울려고 결투를 벼르지만, 버즈는 상대해주지 않는다. 사실 자신은 보통 인형이 아니라 악독한 마의 황제 저그로부터 은하계를 지켜야 하는 사명이 주어졌다고 착각하고 있는 버즈의 유일한 목적은 앤디의 방으로 추락할 때 부서진 자신의 우주선을 수리하여 다시 임무를 수행하러 떠나는 것이다.
버즈를 제거하려던 우디의 계획은 예기치 못하던 일로 확대되면서 우디는 버즈와 함께 장난감 세상보다 훨씬 큰 바깥 세상으로 나와 헤매게 된다. 집으로 돌아가기 위해 노력하면서 그들은 차츰 서로를 이해하고 우정이 싹트게 되는데……
