O brinquedo favorito de Andy Davis, um menino com oito anos, é um cowboy de pano, o Xerife Woody. O que Andy não sabe é que quando os humanos não estão olhando os brinquedos ganham vida. Woody é considerado o líder dos brinquedos do quarto do Andy. Woody é muito amigo de Slinky, um cão com molas que é muito fiel ao cowboy. Andy ainda possui outros brinquedos, tais como Porquinho, o porco-cofrinho; Sr. Cabeça de Batata, o clássico brinquedo montável da Hasbro; Rex, o Tiranossauro de brinquedo; Betty, a pastora de ovelhas que possui uma queda por Woody; dentre muitos outros.

Como a casa em que Andy mora está à venda e seu aniversário se aproxima, a festa de aniversário do garoto é antecipada, fazendo com que os brinquedos entrem em pânico, com medo de serem trocados e esquecidos. Com isso, Woody pede ao Sargento Verde e ao seu batalhão para se esconderem com uma escuta no andar de baixo. Andy não ganha nenhuma “ameaça”, mas lhe dão um presente surpresa: uma moderna e sofisticada figura de ação: o patrulheiro espacial Buzz Lightyear, que logo conquista a popularidade entre os demais brinquedos e desperta ciúme e inveja em Woody, já que Andy está fazendo o astronauta de herói das suas brincadeiras. Mas parece que Buzz veio com um defeito de fabricação: ele não sabe que é um brinquedo e acha que é um verdadeiro patrulheiro espacial, agindo como tal, já que pensa que caiu num planeta desconhecido e suas frases e atitudes remetem ao autêntico Buzz Lightyear. Tal hábito impressiona todos os brinquedos, exceto Woody, que se irrita inclusive com as histórias contadas por Buzz e insiste em convencê-lo de que é um brinquedo.

A rivalidade e as brigas dos dois se prolongam até que os dois se perdem de Andy e vão parar na casa do vizinho deste, que é um garoto que se diverte destruíndo bonecos e criando brinquedos mutantes. Logo o dia da mudança de Andy se aproxima e os dois sentem que devem escapar de Sid a tempo ou ficarão para trás. Será que desta vez Woody e Buzz finalmente ficarão amigos e aceitarão agir juntos?