Partie pour participer à la prestigieuse Piston Cup, Flash Mc Queen, une splendide voiture de course dernier cri, atterrit suite à une déviation dans la petite ville tranquille de Radiator Springs, sur la Route 66. McQueen va apprendre à connaître Sally, une élégante Porsche 2002, Doc Hudson, une Hudson Hornet 1951 au passé mystérieux, et Mater, une dépanneuse rouillée mais à qui on peut faire confiance. Ils vont l'aider à découvrir qu'il y a des choses plus importantes que les trophées, la gloire et les sponsors