《玩具总动员4》将是皮克斯的动画系列电影的第四部，主角是两个玩具：牛仔警长胡迪和太空骑警巴斯光年。《玩具总动员4》的故事将延续上集，孩子们变成了青年，玩具的回归便显得更加尴尬。当然，不排除皮克斯开辟新的故事方向，将系列电影更好地发展下去。

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 John Morris 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 Tom Hanks 配音）与巴斯光年（蒂姆·艾伦 Tim Allen 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。 伍迪尽力劝解大家，却收效甚微，只得独自黯然离开。巴斯光年他们原本以为将重新回到往昔的快乐时光，不料却陷入一场阴谋之中……

小货车乔治雅在运送玩具给小朋友的途中抛锚了，铁道上的高速火车彼特和害羞的客车方斯沃斯都不愿帮他。老杰比戴雅虽然想帮助他却又跑不动了，只有小小火车提利有心想帮忙。