Un petit génie de la robotique nommé Hiro Hamada 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 superhéros high-tech, Hiro va tout faire pour sauver la ville et sa population de l'infâme Yokai.