En las escenas iniciales, el muñeco vaquero Woody coordina una
misión de reconocimiento en torno a la fiesta de cumpleaños de Andy, su dueño, días antes de que la familia de este se mude a una nueva casa. Para consternación de Woody, el niño recibe una nueva figura de acción, el astronauta Buzz Lightyear, cuyas características innovadoras pronto lo habrían de convertir en su nuevo juguete favorito, reemplazando así al vaquero anticuado. Sin embargo, un confundido Buzz no se percata de que, en realidad, él también es un juguete, pues piensa que es un guardian espacial y, por lo tanto, ve a Woody como un obstáculo en la «misión» de regresar a su planeta de origen.
No transcurre mucho tiempo para que Woody intente deshacerse de Buzz, el problema que tiene Woody con Buzz es que Buzz esta acaparando el sitio de Andy que antes había acaparado Woody: en su primer intento, lo empuja hacia un hueco detrás del escritorio de Andy pero, al final, falla y su adversario cae por la ventana. Conscientes de ello, los demás juguetes acusan a Woody de intentar asesinar a Buzz debido a que le tiene celos; no obstante, cuando van a reprenderlo, llega Andy y se lo lleva consigo, pues en ese momento va a partir rumbo al restaurante Pizza Planet. En el proceso, Buzz observa como Andy parte junto con Woody en la camioneta familiar y decide subir al vehículo para encararlo por lo sucedido. Cuando la madre del niño hace una parada en una gasolinera para reabastecer el tanque de combustible y mientras el vaquero está pensando en cómo regresaría a la casa a enfrentarse a los demás juguetes, aparece Buzz repentinamente y ambos pelean en el lugar; al final, son abandonados accidentalmente por Andy.
Para reunirse con Andy en el restaurante, el sheriff planea abordar un camión que se dirige hacia ese lugar; sin embargo, se da cuenta de que si regresa solo, los otros juguetes lo castigarían. Para evitarlo, Woody convence a Buzz de que dicho camión los llevaría a una
nave espacial con la que el astronauta podría volver a su hogar. Tras abordarlo y llegar a Pizza Planet, Buzz se dirige hacia una máquina atrapa-peluches con forma de nave, pensando que es lo que le había prometido el vaquero. Pero, al percatarse de esto, Woody intenta rescatarlo quedando atrapado junto con él en el interior de la máquina. Más tarde, son extraídos por Sid Phillips, el vecino de Andy conocido por su rudeza y por ser un destructor de juguetes.
El día anterior a la mudanza de Andy y su familia, Woody y Buzz buscan la forma de escapar de la extraña habitación de Sid, donde se topan con los espeluznantes juguetes que el joven ha alterado y destruido a lo largo de los años. En ese instante, Buzz observa un
anuncio de televisión de otros juguetes de Buzz Lightyear, percatándose de que él también es un juguete. Decaído ante dicha revelación, Buzz intenta desesperadamente una última oportunidad de volar por la ventana, pero cae y se rompe, literalmente, el brazo. Woody es incapaz de animarlo para que participe en su plan de escape, incluso cuando los juguetes de Sid muestran sus verdaderas personalidades y le reparan el brazo al muñeco astronauta. Mientras tanto, el niño se prepara para destruir a Buzz atándolo a un
cohete de
fuegos artificiales, pero tal preparación se retrasa debido a una tormenta. Finalmente, el sheriff logra convencer a Buzz de que la vida vale solamente experimentándola, aun cuando él no sea un héroe espacial, pero en el proceso pierde la esperanza de que él mismo vaya a tener posibilidad alguna de ser el favorito de Andy. Ante este episodio conflictivo, Buzz logra reanimarlo, pero Sid despierta antes de que escapen y se lleva a Buzz (aún atado al cohete), a su plataforma de lanzamiento en el patio trasero de su casa. Con la colaboración de los juguetes de Sid, Woody organiza el rescate de Buzz y aterroriza a Sid, quien huye del lugar ante el temor de sus propios juguetes. Sin embargo, sus esfuerzos son infructuosos, pues pierden el coche de Andy mientras éste es conducido hacia la nueva casa familiar.
Para entrar al camión en movimiento, Buzz decide sacrificarse con el motivo de salvar a Woody; una vez en el interior del vehículo, el muñeco vaquero intenta rescatar a su amigo con el
automóvil a control remoto de Andy. Los otros juguetes que se encuentran en el camión de mudanzas creen erróneamente que Woody intenta librarse de otro juguete, por lo que lo tiran a la carretera junto con Buzz. Más tarde, se percatan de que el astronauta se encuentra con él a bordo del automóvil y tratan de ayudarlos a subir al camión, pero las baterías del automóvil se agotan, por lo que Woody y Buzz se quedan atrás. El primero entonces se da cuenta de que puede encender el cohete de Sid que está en la espalda de Buzz y logra lanzar el automóvil hacia el camión de mudanzas, haciendo que Woody y Buzz se eleven en el aire. Al final Buzz logra liberarse del cohete, y Woody y él se deslizan por el aire hasta que aterrizan de manera segura en el coche de Andy.
En
Nochebuena, ya en la nueva casa, unos reconciliados Buzz y Woody organizan otra misión de reconocimiento, esta vez con el fin de prepararse para la llegada de los juguetes nuevos. Mientras Woody se pregunta si habrá un regalo peor que Buzz, un ladrido se oye del piso de abajo: Andy ha recibido un perro, lo cual deja a Woody y Buzz inquietos
