Flash McQueen, une splendide voiture de course toute neuve promise au succès, découvre que dans la vie, ce n'est pas de franchir la ligne d'arrivée qui compte, mais le parcours que l'on a suivi. Parti pour participer à la prestigieuse Piston Cup, il 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 , Doc Hudson une Hudson Hornet 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...