该片是《玩具总动员》系列的衍生动画电影，围绕《玩具总动员》系列中玩具“巴斯光年”的原型人物，阿波罗11号宇航员“巴斯·奥尔德林”起源故事。

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？

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。

1760年的利物浦码头，科林斯夫妇正带着年幼的巴纳巴斯登上开往新大陆的船，前去扩张科林斯家族帝国。16年后，巴纳巴斯（约翰尼·德普 Johnny Depp 饰）长大成人，继承了家族产业，坐拥科林伍德庄园。女巫安琪莉可（伊娃·格林 Eva Green 饰）投怀送抱，而巴纳巴斯却心系善良姑娘乔赛特（贝拉·希思科特 Bella Heathcote 饰），无情地拒绝了女巫。女巫恼羞成怒，对两人施行毒咒，乔赛特香消玉损，而巴纳巴斯则变成了一只永远的吸血鬼被封在棺中。两个世纪后，一个施工队无意间挖开了棺木，巴纳巴斯回

赛巴斯提安和玛雅是非常不同的两个人。当玛雅的未婚夫在圣诞节和她提出分手，她接受了造访西部亲人的邀请。她在12月22号到达机场，发现赛巴斯提安也在飞机上。但命运还有更残酷安排的等着她。天气问题迫使所有航班取消。塞巴斯蒂安又有了一个计划租一辆车一起开到西部去。这次意想不到的事情发生了，他们爱上了彼此。因为和各自的亲人共度了圣诞，他们意识到彼此才是自己最想要的人。