ไลท์นิ่ง แม็คควีน นักแข่งรถระดับตำนาน กำลังเผชิญหน้ากับนักแข่งรุ่นใหม่ที่ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยและพละกำลังเหนือมนุษย์ ทำให้เขาตกอยู่ในสถานการณ์ที่อาจต้องแขวนหมวกเลิกแข่ง เมื่อเกิดอุบัติเหตุครั้งร้ายแรงบนสนาม แม็คควีนต้องกลับไปเริ่มต้นใหม่กับครูฝึกสาวจอมแกร่งที่จะช่วยพิสูจน์ว่าในโลกของการแข่งรถนั้น ประสบการณ์และหัวใจสำคัญกว่าเครื่องยนต์ที่ทันสมัยที่สุด การต่อสู้เพื่อชิงบัลลังก์แชมป์จึงเริ่มต้นขึ้นอีกครั้ง
