Hiro Hamada ist ein brillanter Teenager und lebt in der futuristischen Stadt San Fransokyo ein relativ normales Leben. Zumindest solange, bis ihm sein Bruder Tadashi den aufblasbaren Roboter Baymax baut, zu dem Hiro schnell eine ganz besondere Beziehung entwickelt. Baymax' tatkräftige Unterstützung kann der aufgeweckte Junge definitiv gut gebrauchen, droht doch schon bald eine kriminelle Organisation damit, seine Heimatstadt zu zerstören. Mit der Hilfe von Baymax und seinen Freunden Go Go Tomago, Wasabi, Honey Lemon und Fred beschließt Hiro, alles zu tun, um die Katastrophe zu verhindern.

Nachdem Sam Witwicky die Welt mit Hilfe der gutmütigen Autobots vor den bösartigen Decepticons gerettet hat, freut er sich auf ein normales Leben. Als er aufs College geht, lässt er nicht nur Freundin Mikaela zurück, sondern auch Roboter-Kumpel Bumblebee. Doch bald wird Sam von seltsamen Visionen heimgesucht. Erneut steht ein Kampf der außerirdischen Roboter bevor, bei dem das Schicksal der Menschheit auf dem Spiel steht. Sam scheint den Schlüssel zu ihrer Rettung in der Hand zu halten, doch diesmal bekommen es er, Mikaela und die Autobots mit einem noch mächtigeren Gegner zu tun...