距上一次的冒险已经过去11个年头，转眼间安迪（约翰·莫里斯暂无内容John暂无内容Morris暂无内容配音）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·汉克斯暂无内容Tom暂无内容Hanks暂无内容配音）与巴斯光年（蒂姆·艾伦暂无内容Tim暂无内容Allen暂无内容配音）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。