Dans un monde peuplé de voitures vivantes, Flash McQueen est un jeune champion de course avide de succès et promis à une belle carrière. Un jour, il se retrouve abandonné par accident en plein désert, et en essayant de retrouver son chemin arrive dans la petite ville de Radiator Springs, située sur la mythique Route 66. Il va s’y faire de nouveaux amis, et découvrir qu’il y a des choses bien plus importantes dans la vie que de franchir la ligne d’arrivée en tête.