Lightning McQueen, seorang pembalap mobil pendatang baru yang hebat dan bertekad untuk meraih kesuksesan, menemukan bahwa hidup adalah tentang perjalanan, bukan garis akhir, saat ia tiba-tiba menemukan dirinya terjebak di kota Rute 66 yang sepi di Radiator Springs. Dalam perjalanan melintasi negara menuju kejuaraan Big Piston Cup di California untuk bertanding melawan dua pembalap profesional kawakan, McQueen mengenal karakter-karakter unik di kota itu.