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.

Eine herrschsüchtige, griesgrämige Königin, die die Schönheit des bezaubernden, porzellangesichtigen Schneewittchen ohnehin als Bedrohung empfindet, erfährt von ihrem Zauberspiegel zu allem Übel, dass sie nun nicht mehr die Schönste im ganzen Land ist. Also verbannt sie ihre Kontrahentin in einen düsteren Wald. Diese trifft dort auf sieben hinterlistige Zwerge, die es faustdick hinter den Ohren haben. Gemeinsam schmieden sie einen Racheplan, mit dem sie der Königin eine richtige Abreibung verpassen wollen. Plötzlich kommt auch noch der smarte Prinz Andrew Alcott ins Spiel.

Am 20. Juli 1969 landet Apollo 11 auf dem Mond. Auf der dunklen Seite des Mondes stoßen die Astronauten auf das Wrack eines Raumschiffs. 40 Jahre lang hält die Regierung die Entdeckung geheim. Dann überschlagen sich die Ereignisse: Ein bislang unentdeckter Transformer wird an Bord des Raumschiffs reaktiviert. Es ist der verschollen geglaubte Herrscher von Cybertron, Shockwave. Seine Rückkehr entfacht den erbitterten Krieg zwischen den Autobots und den Decepticons aufs Neue. Jetzt geht es nicht mehr nur um die Zukunft und das Überleben der Erde, sondern des ganzen Universums... damit hatten weder Sam Witwicky noch die Autobots gerechnet!

Der Moment des Abschieds ist gekommen: Andy ist den Kinderschuhen entwachsen und macht sich bereit, aufs College zu gehen. Für sein stets getreues Spielzeug hat er keine Verwendung mehr. Andys Mutter spendet die Spielsachen der Kindertagesstätte Sunnyside. Doch dieses angebliche Paradies entpuppt sich nach zuerst freundlicher Aufnahme durch die alteingesessenen Spielzeuge bald zum Gefängnis für die Freunde. Ein ausgeklügelter Ausbruchsplan wird ausgearbeitet - die Zeit drängt, denn hier geht nicht alles mit rechten Dingen zu.