Flash McQueen, l'étoile des pistes de course, et sa coéquipière fiable, la dépanneuse Martin, décident de quitter le tranquille Radiator Springs pour livrer bataille dans le tout premier Grand Prix mondial. Ce concours prestigieux couronnera la voiture qui révélera son exceptionnelle vitesse, mais ce voyage prometteur se transforme en une aventure pleine d'embûches et de rebondissements. Lorsque Martin est impliqué dans une intrigue compliquée, où les secrets deviennent des armes dans un jeu international d'intrigues, la course à l'amitié et aux honneurs se mène en parallèle avec la course sur les pistes de course