在未来世界的超级都市圣弗兰索京，热爱发明创造的天才少年阿弘在弟弟泰迪的鼓励下，参加了由罗伯特·卡拉汉教授主办的理工学院机器人专业入学竞赛。凭借神奇的微型磁力机器人，他赢得了现场观众、选手和考官的一致好评，然而一场突如其来的灾难，一次次摧毁了小红的梦想和人生。大火烧毁了展览场地，哥哥为营救被困的卡拉汉教授而死于大火。Hiro的身体和精神都受到了创伤，而他哥哥留下的治疗机器人baymax是他唯一的安慰伙伴。以为微型机器人也毁于一场大火，小宏和大白意外地发现有人在一座废弃工厂里批量生产他的发明。后来，哥哥的朋友弗雷德等人也加入进来，他们穿上了小红发明的超级战士作战装备，与心怀鬼胎的神秘对手展开了一场较量……
