自从上集牛仔伍迪救回巴斯光年之后，他一直和其他玩具一起快乐的生活在小主人家。一次，小主人参加夏令营，伍迪因为旧而没被带去。留在家的伍迪被一个玩具收藏家发现了，认为他是近代最具代表性的玩具。于是将伍迪被偷了出来放在博物馆内展览。家里的玩具都很担心伍迪，因此巴斯光年自告奋勇去寻找伍迪，但当他们发现伍迪在展览馆时， 伍迪却似乎不再愿意回去过那平凡的生活。

距上一次的冒险已经过去11个年头，转眼间安迪变成了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，伍迪与巴斯光年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……

小主人拥有一屋的玩具。其中他最爱的是牛仔玩偶胡迪，胡迪因此成为众玩具的老大。一天，小主人带回了一个新的玩意：太空战警巴斯光年。巴斯光年长相新奇，功能先进，令小主人爱不释手，威胁到了胡迪的地位。胡迪千方百计要赶走巴斯，一不小心二人一起掉出了房间窗口外，邻居的恶狗在狂吠，邻居的小孩是一个玩具虐待狂，胡迪巴斯能不能化敌为友，消灾解难？

没有孩子不喜欢的玩具城里的益智故事

安迪是六岁的小男孩，他有很多玩具，当他出门在外时，这些玩具就开始过它们自己的生活。一天，安迪拿回一个新玩具--太空战警巴斯光年。由于它的性能先进，威胁到原来的玩具头领--牛仔胡迪的统治地位。于是胡迪开始想方设法与巴斯光年作对，但结果是它们两个都阴差阳错地置身于屋外的世界。尽管巴斯光年有电动折叠翼、探照灯和腕式对讲机，可一旦离开主人的庇护，它也是寸步难行。更糟糕的是，它们还受到安迪邻居家的狗带来的威胁。现在，它们只有屏弃前嫌相依为命，彼此相帮着找到回家的路。外面的世界不管多么精彩，毕竟不是玩具的世界。

《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。