Dans un monde peuplé de voitures animées, Flash McQueen, un champion de course arrogant, est abandonné dans le désert après un accident et doit retrouver son chemin. C'est ainsi qu'il arrive dans la petite ville de Radiator Springs, située sur la mythique Route 66. Il y rencontre de nouveaux amis qui vont transformer sa façon de voir la vie. Car il y a des choses bien plus importantes que la victoire et la gloire.