《玩具总动员4》开篇便是一段煽情的闪回，讲述了牧羊女是如何与朋友走散的；接着拾起了这个皮克斯系列留下的尾巴——安迪的玩具现在归了一个叫邦妮的小女孩。伍迪（对于新家的适应还不是那么顺利，而在邦妮从幼儿园带回一个叫叉叉的新朋友后，情况变得更复杂了。叉叉是邦妮自己在美术课上做的，但它现在出现了自我认知危机，因为它觉得自己的作用是餐具（垃圾！），而不是玩具。伍迪想以一己之力教叉叉如何做一个玩具，但它俩在一次家庭度假中，与邦妮和其它玩具分开了，所以它们必须合作找到回家的路。在路上，伍迪与牧羊女重聚，开始质疑自己生命的意义，并与嘉年华奖品达鸭和兔哥，以及加拿大动作角色潇洒公爵结为同盟，共同对抗一个叫盖比娃娃的邪恶古董娃娃，以将叉叉送回邦妮和其它玩具身边 。