Dépassé par une nouvelle génération de coureurs auto emmenés par l'arrogant Jackson Storm, le légendaire Flash McQueen est soudain mis sur le bas-côté. Pour revenir dans la course, il aura besoin de la jeune technicienne Cruz Ramirez, de l'inspiration du fabuleux Hudson Hornet et de quelques rebondissements inattendus et tours du destin..