Durante mais uma disputa eletrizante nas pistas, o campeão Relâmpago McQueen acelerou demais e acabou perdendo o controle. Agora, após ter capotando várias vezes e quase ter partido dessa para melhor, o vermelhinho vai ter sua vida alterada para sempre. O acidente foi tão grave que, com os estragos, McQueen pode ter que se aposentar de vez.

Ao viajar para a Califórnia, o famoso carro de corridas Relâmpago McQueen se perde e vai parar em Radiator Springs, uma cidadezinha na Rota 66. Ele conhece novos amigos e aprende lições que mudam sua forma de encarar a vida.