Woody a toujours privilégié la joie et le bien-être de ses jeunes propriétaires - Andy puis Bonnie - et de ses compagnons, n'hésitant pas à prendre tous les risques pour eux, aussi inconsidérés soient-ils. L'arrivée de Forky un nouveau jouet qui ne veut pas en être un dans la chambre de Bonnie met toute la petite bande en émoi. C'est le début d'une grande aventure et d'un extraordinaire voyage pour Woody et ses amis. Le cowboy va découvrir à quel point le monde peut être vaste pour un jouet...

Au Quartier Général, le centre de contrôle situé dans la tête de la petite Riley, 11 ans, cinq Emotions sont au travail. A leur tête, Joie, débordante d'optimisme et de bonne humeur, veille à ce que Riley soit heureuse. Peur se charge de la sécurité, Colère s'assure que la justice règne, et Dégoût empêche Riley de se faire empoisonner la vie - au sens propre comme au figuré. Quant à Tristesse, elle n'est pas très sûre de son rôle. Les autres non plus, d'ailleurs...