カウボーイ人形のウッディ（声：トム・ハンクス）は、持ち主アンディの一番のお気に入りおもちゃ。子供たちと過ごす楽しい時間はおもちゃにとって最高の幸せだったが、アンディはすでに17歳。とうの昔におもちゃを卒業し、もうすぐ大学進学のためにこの家を出て行くところだった。主人を失ったおもちゃたちの運命は、ゴミとして廃棄されるか、どこかの施設に寄付されるか……。そんなある日、手違いからウッディを始めとするおもちゃたちは“サニーサイド”という名の保育園に寄付されてしまう。待っているのは新しい子供たちとの出会い。バズ・ライトイヤー（声：ティム・アレン）やおもちゃ仲間たちは期待に胸を膨らませていた。“アンディを信じろ”と説得するウッディの言葉には、誰も耳を貸そうとしない。だがサニーサイドは、おもちゃを破壊する凶暴な幼児たちばかりが集まった、おもちゃたちにとっての地獄だったのだ。アンディの家を目指して1人脱出に成功するウッディ。だが、仲間たちに危険が迫っていることを知り、救出のためにサニーサイドに戻る決意を固める。とはいえ、例え仲間を救出しても、彼らにはもはや戻る場所はない。果たして、おもちゃたちの運命は一体どうなるのか……？