ピストン・カップの若き天才レーサー、ライトニング・マックィーン。
レーサーとして絶大な人気を誇っているものの、信頼できる友達はひとりもいなかった…。
ある日、彼はルート66号線沿いの小さな田舎町“ラジエーター・スプリングス”に迷い込んでしまう。そこで待ち受けていたのはオンボロ・レッカー車のメーターをはじめ、今まで見たことがない不思議なクルマたち。しかし、平和に見えるこの町には、誰も知らない秘密があった。
――なんとそこは、地図から消えた街。
このままでは、町に暮らすクルマたちも消えてしまう。今、マックィーンは彼らのために、ひとり立ち上がる！