Toy Story 3 berkisah mengenai Andy yang sedang bersiap untuk pergi kuliah. Dia tidak bermain dengan mainannya selama bertahun-tahun, dan sebagian besar mainannya telah pergi, kecuali untuk Woody, Buzz Lightyear, Jessie, Bullseye, Rex, Slinky, Hamm, Mr dan Mrs Potato Head, Alien, dan tiga tentara mainan. Semua mainan merasa sedih karena sudah tidak diinginkan oleh Andy dan beberapa berniat pergi dan kabur. Dalam Toy Story 3 ini petualangannya adalah bagaimana jalan para mainan mencari pemilik yang baru.