Lightning McQueen adalah mobil balap yang baru masuk ke industri, namun namanya sudah melejit karena kehebatannya di sirkuit balapan. Seharusnya ia pergi ke California untuk mengikuti babak penyelisihan terakhir Piala Piston. Ia akan melawan The King dan Chick Hicks, dua mobil balap senior.

Tapi, karena eror, Lightning malah terdampar di sebuah kota kecil yang disebut Radiator Springs. Kota tersebut ada di Route 66 yang bahkan dihapus dari peta saking orang-orang tidak ada yang pergi ke sana lagi. Saat berusaha mencari jalan keluar, Lightning malah menghancurkan hampir seisi kota. Itu membuatnya mendapatkan hukuman untuk memperbaiki semuanya terlebih dulu.

Awalnya Lightning tak suka, apalagi ia harus segera balapan. Tapi, ia tak menyangka di sana menemukan sahabat dan cinta. Ia juga jadi mengerti bahwa memenangkan balapan itu bukan segalanya.