东胜神洲花果山顶一仙石迸裂,化出一石猴,尊为美猴王。美猴王为寻长生不老之方,拜菩提祖师为师,得名孙悟空,又至龙宫取如意金箍棒,自称齐天大圣。他大闹天宫,搅乱蟠桃会、打翻炼丹炉炼就火眼金睛,后被如来佛祖压在五行山下。五百年后,唐僧路经五行山,揭起如来的压帖,救出悟空,为他取名孙行者;不久后又收了白龙马、猪八戒和沙悟净为徒,自此,师徒四人同行,一路往西天取经。直接进入樱花岛,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JohnMorris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TomHanks配音)与巴斯光年(蒂姆·艾伦TimAllen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。