Eine Woche, bevor seine Mutter mit ihm umzieht, feiert Andy seinen Geburtstag und bekommt einen Space-Ranger Buzz Lightyear als Spielzeug geschenkt. Bisher spielte er am liebsten mit dem Cowboy Woody, aber nun bevorzugt er die neue Puppe.

Während die Figur überzeugt ist, der echte Buzz Lightyear zu sein, weist Woody immer wieder darauf hin, dass es sich bei dem Space-Ranger nur um eine harmlose Nachbildung handele. Er fürchtet nämlich um seine Stellung als Anführer von Andys Spielsachen. Schließlich versucht Woody, den Rivalen zu beseitigen. Der wird dabei aus dem Fenster geschleudert und landet ins Gebüsch vor dem Haus, wo bereits ein Verkaufsschild der Maklerfirma „Virtual Realty“ aufgestellt ist.

Kurz darauf darf Andy mit seiner Mutter in die Erlebnis-Pizzeria „Planet“ fahren. Weil er Buzz Lightyear nicht finden kann, nimmt er Woody mit. Buzz gelingt es allerdings im letzten Augenblick, sich noch an die Stoßstange des Autos zu klammern. Während eines Halts an einer Tankstelle raufen Woody und Buzz miteinander und bleiben deshalb zurück, als das Auto weiterfährt. Mit einem Pizza-Boten gelangen sie dann doch noch unbemerkt zur Pizzeria „Planet“.

Dort werden sie ebenso wie ein Alien von dem bösen Nachbarjungen Sid aus einem Spielautomaten gezogen und mitgenommen. Zu Hause lässt Sid den Außerirdischen vom Hund der Familie zerfetzen und wirft die beiden anderen Figuren zu seinen bereits vorhandenen Spielsachen.

Durch einen Werbespot für das Spielzeug Buzz Lightyear begreift Buzz, dass Woody Recht hat und er kein echter Space-Ranger ist, sondern nur eine Puppe. Trotzdem versucht er, aus einem offenen Fenster zu fliegen. Dabei stürzt er ab und reißt sich einen Arm aus.

Woody ruft aus dem Fenster zu den Spielzeugfiguren in Andys Kinderzimer hinüber. Aber die anderen halten den Cowboy für Buzz‘ Mörder. Er will Buzz ans Fenster holen, um zu beweisen, dass sein Rivale lebt. Buzz ist jedoch in eine Depression verfallen und weigert sich, vom Boden aufzustehen. In seiner Not täuscht Woody mit dem abgetrennten Arm vor, dass Buzz aus dem Fenster winke. Es dauert allerdings nicht lang, bis die anderen den Trick durchschauen, ihre Meinung über Woody bestätigt finden und die bereits von Fenster zu Fenster geworfene Lichterkette entfernen, um Woody an der Flucht aus Sids Zimmer zu hindern.

Buzz wird von Sids Spielzeugfiguren repariert. Der Junge, der davon nichts mitbekommen hat, fesselt den Space-Ranger an eine Rakete. Bevor er sie zünden kann, bricht ein Gewitter los, und Sid verschiebt den Raketenstart auf den nächsten Morgen.

Mit Buzz‘ Hilfe gelingt es Woody, zu entkommen. Der nutzt die Chance, Sids andere Spielsachen für eine gemeinsame Rettungsaktion zu gewinnen. Als Sid die Rakete mit dem Space-Ranger in den Garten bringt, um beides in die Luft zu jagen, erschrecken ihn Woody und die anderen Spielzeugfiguren so, dass er von seinem Vorhaben ablässt.

In dem Augenblick, in dem Buzz und Woody das Nachbarhaus erreichen, fahren Andy und seine Mutter im PKW los. Andys übriges Spielzeug befindet sich in einem Umzugwagen, der dem Privatauto folgt. Woody schafft es gerade noch, auf die Ladefläche zu kommen, wird jedoch von den anderen Figuren hinausgeworfen. Daraufhin versuchen Buzz und Woody, den Umzugwagen mit einem Spielzeugauto einzuholen. Als ihnen das zunächst nicht gelingt, zündet Woody die Rakete. Auf diese Weise fliegen sie beide durch das Schiebedach in den PKW, wo Andy die beiden vermissten Spielzeuge kurz darauf in einem offenen Umzugskarton findet. Der Junge freut sich darüber.

Buzz und Woody sind inzwischen Freunde geworden.