14歳の天才少年ヒロと、最先端のロボットである心優しきベイマックスの冒険は終わらない。最年少で入学した名門サンフランソーキョー工科大学でのプレッシャーだけでなく、キャンパスの外で持ち上がるいろいろな騒ぎに立ち向かうヒロ。ヒロとベイマックスは、かつて一緒に戦った友人のワサビ、ハニー・レモン、ゴー・ゴーやフレッドたちとともに、スーパーヒーロー集団を結成。高度な科学力で悪事を企む、個性豊かな悪者たちから街を守るため、「ビッグ・ヒーロー6」は力を合わせて戦う。