La pellicola esplora le origini del mitico personaggio di Buzz Lightyear (doppiato in originale da Chris Evans), il famoso giocattolo protagonista della serie Toy Story. Il film racconta la storia del “vero” Buzz, il ranger spaziale che ha ispirato la celebre action figure.
Buzz Lightyear è alle prese con il suo primo volo di prova che dovrebbe durare solo quattro minuti, ma succede qualcosa di straordinario durante il test. Mentre è in volo, il ranger spaziale sembra attraversare un varco temporale che lo porta 62 anni avanti nel tempo…