Dans le cœur de San Fransokyo, une ville où les innovations robotiques et l'ingénierie se côtoient en harmonie avec une vie paisible, un génie de la robotique du nom d'Hiro Hamada se retrouve au centre d'une tempête. Ce jeune prodige, doté d'un esprit inventif qui le pousse à pousser les limites de l'imagination, est happé par un complot criminel qui menace de ravager la tranquillité de sa ville. Pour y faire face, Hiro compte sur la loyauté et la force d'un robot gigantesque nommé Baymax, son allié fidèle avec qui il partage des liens solides, mais aussi sur l'enthousiasme et le courage de jeunes esprits qui se sont jurés de sauver leur communauté