Woody sofre um rasgo em sua roupa de cowboy e isso causa uma nova aventura para os brinquedos. Ao tentar resgatar um brinquedo chamado Wheezy, Woody acaba sendo roubado por um colecionador de bonecos chamado Al. Os brinquedos entram em pânico e, liderados pelo boneco espacial Buzz Lightyear, planejam uma estratégia para resgatar Woody daquele ladrão.

Já na casa de Al, Woody conhece a cowgirl Jessie, o cavalo Bala no Alvo e o Mineiro e descobre que é um raríssimo boneco de uma série de televisão dos anos 1960 e que será vendido, junto com os novos amigos, para um museu no Japão. Diante da nova situação, Woody terá que decidir entre ficar com o menino Andy e fazer parte da vida de uma criança ou ir para o museu e ficar para sempre sendo observado por visitantes.