Al mundialmente famoso coche de carreras Rayo McQueen le encanta su vida en el circuito, donde compite contra sus amigos y colegas de toda la vida. Pero una nueva era se acerca y un día McQueen y sus amigos se ven obligados a morder el polvo del nuevo coche de carreras de alta tecnología Jackson Storm. Uno a uno, los viejos coches de carreras de la generación de McQueen son sustituidos por los nuevos supercoches que utilizan nuevos métodos de entrenamiento. Pero Rayo se niega a abandonar su carrera a pesar de las adversidades. ¡Sigue queriendo correr! Y sigue queriendo ganar. Aunque tenga que utilizar nuevos métodos de entrenamiento para competir con la nueva generación...