En esta nueva entrega el protagonista de la historia -interpretado con la voz del actor Owen Wilson ("Los Excéntricos Tenenbaums")- deberá enfrentarse a un posible retiro, algo a lo que se niega rotundamente.
Con la llegada de un nuevo corredor, Jackson Storm (Armie Hammer), McQueen se verá enfrentado a nuevas tecnologías que lo dejan obsoleto para la industria y la audiencia.
Por lo mismo, se unirá a una joven técnica para demostrarle al mundo que sigue siendo el mejor corredor de carreras.