Woody, Buzz l'Éclair et les autres sont de retour avec de nouveaux visages, dont l'amoureux de Barbie, Ken, M. Pricklepants et Lotso l'ourson. Andy part pour l'université et les jouets se demandent ce qu'ils deviendront. Lorsqu'un malentendu les amène dans une garderie, une nouvelle aventure commence.