Nachdem Spielzeugcowboy Woody und Space Ranger Buzz Lightyear in den vergangenen Jahren damit zurechtkommen mussten, dass ihr einstiger Besitzer Andy immer älter wurde und das Interesse an seinem Spielzeug verlor, leben sie inzwischen gemeinsam mit ihren Freunden im Kinderzimmer von Andys kleiner Schwester Bonnie. Doch auch dort ist ihre Zukunft alles andere als gesichert: Schon bald zieht mit Lilypad ein neues Spielzeug ein – ein froschförmiges Hightech-Tablet. Mit ihrer Ankunft stehen Woody, Buzz, Jessie und der Rest der Gang vor völlig neuen Herausforderungen, denn Lilypad läutet das digitale Zeitalter im Kinderzimmer ein und stellt die vertraute Welt der klassischen Spielzeuge gehörig auf den Kopf.