O boneco cowboy Woody resolve fazer uma missão de reconhecimento da festa de aniversário de seu dono, Andy, dias antes da família se mudar. Andy recebe de presente um boneco de um patrulheiro espacial, Buzz Lightyear, que logo se torna o favorito de Andy. Woody, o líder de facto dos bonecos, fica chateado com toda a atenção dada a Buzz - que não acredita ser um brinquedo, mas sim um patrulheiro de verdade, que considera Woody um obstáculo em sua missão.

Quando Andy decide sair com a família e levar um brinquedo, Woody decide prender Buzz no espaço entre a parede e o móvel para poder ir em seu lugar - mas Buzz acaba sendo jogado pela janela, o que os outros brinquedos consideram "tentativa de assassinato" por inveja. Porém Andy aparece antes que Woody acabe punido, e leva o cowboy consigo para o restaurante Pizza Planet. Buzz vê Andy saindo com Woody e consegue entrar no carro, mas os dois bonecos brigam enquanto a mãe de Andy enche o tanque e acabam presos no posto de gasolina. Então Woody vê um furgão do Pizza Planet, e convence Buzz a seguí-lo no veículo dizendo que leva a um "espaçoporto". Chegando ao restaurante, Buzz entra num brinquedo de garra achando que é uma nave, Woody o segue e ambos acabam capturados pelo vizinho de Andy, Sid, um garoto que adora destruir brinquedos.

Os dois tentam fugir da casa de Sid antes de Andy se mudar. Buzz vê na sala um comercial da linha de brinquedos de Buzz Lightyear, e tentando negar ser apenas um boneco, tenta voar, cai e perde um braço. Woody não consegue fazer um Buzz desiludido ajudá-lo em sua fuga, mesmo depois de Sid resolver explodir Buzz com um foguete. Buzz só muda de idéia após Woody dizer que ele é um grande boneco, fazendo-o perceber que será importante mesmo sem ser um patrulheiro espacial, mas Sid pega Buzz antes que os dois possam sair de seu quarto.

Com a ajuda dos brinquedos vítimas das "experimentações" de Sid, Woody resgata Buzz, simultaneamente deixando Sid com medo de brinquedos. Os dois bonecos perdem o carro de Andy, e acabam por atrair o cachorro de Sid, Brutus. Buzz tenta combater o cachorro, levando Woody a invadir o caminhão da mudança para pegar o carro de controle remoto e assim salvar Buzz. Os brinquedos primeiro acham que Woody está tentando matar o carro, e jogam o cowboy na rua, então percebem que era um salvamento e tentam pegá-los de volta, mas as pilhas do carro acabam. Os dois conseguem alcançar o carro de Andy após Woody perceber que podiam se impulsionar acendendo o foguete atado ás costas de Buzz.

No Natal seguinte, Woody e Buzz coordenam outra missão de reconhecimento para ver se algum dos novos presentes apresenta riscos - e um deles é um cachorro.