Después de un grave incidente, Buzz Lightyear se encuentra abandonado en un planeta hostil a 4.2 millones de años luz de la Tierra. Junto a su comandante y a la tripulación, se enfrenta a la ardua tarea de encontrar una manera de regresar a casa. La misión se complica enormemente debido a las condiciones extremas y desconocidas del planeta. Mientras Buzz y su equipo buscan una solución, deben navegar por un paisaje alienígena lleno de peligros y desafíos. La situación se vuelve aún más desesperada con la llegada de Zurg, un temido villano intergaláctico que ha llegado con su ejército de robots despiadados.