天才レーサー、ライトニング・マックィーンの狙いはピストンカップ新人チャンピオン。しかし決勝レースに向かう途中トラブルに巻き込まれルート６６沿いにある“ラジエーター・スプリングス”に迷い込んでしまう。これまで自分だけが勝つ事しか考えなかった彼だがいつのまにか住民達に家族のような温かさを感じるようになっていた。だが、遂にレースの日がやって来た。彼は決勝レースに間に合うのか？仲間たちとの運命は？