Dino est un chat qui partage sa vie entre deux maisons. Le jour, il vit avec Zoé, la fillette d'une commissaire de police. La nuit, il escalade les toits de Paris en compagnie de Nico, un cambrioleur d'une grande habileté. Jeanne, la commissaire de police, est sur les dents. Elle doit à la fois arrêter l'auteur de nombreux vols de bijoux, et s'occuper de la surveillance du Colosse de Nairobi, une statue géante convoitée par Costa, le criminel responsable de la mort de son mari policier. Depuis ce drame, la fillette ne dit plus un mot.

Hiro Hamada, un petit génie de la robotique, découvre qu’un complot criminel menace de détruire la ville de San Fransokyo. Avec l’aide de son plus proche ami, Baymax le robot infirmier, et de ses compagnons, qu’il va transformer en une bande de super-héros high-tech, Hiro va tout faire pour sauver la ville et sa population de l’infâme Yokai...