Sinopsis film "Toy Story 3" kali ini, karena Andy (John Morris) sang pemilik mainan telah beranjak dewasa dan akan segera masuk perguruan tinggi, ia lalu mengepak seluruh mainannya termasuk Woody si koboi (Tom Hankd) dan Buzz Lightyear si astronot (Tim Allen). Namun, pada menit-menit terakhir, Andy memutuskan untuk membawa Woody bersamanya.

Semula Andy ingin menyimpan mainan itu di loteng rumahnya, tetapi tanpa sengaja kotak berisi semua mainan tersebut akhirnya malah terbawa ke tempat penitipan anak. Semua mainan tersebut berpikir bahwa mereka telah dibuang, namun Woody yang berhasil menemukan keberadaan mereka, menjelaskan apa yang sebenarnya terjadi namun mereka tak percaya. Kini Woody mengeluarkan teman-temannya dari tempat penitipan anak itu.