Um zum besten Rennauto aller Zeiten aufzusteigen, muss Lightning McQueen (Owen Wilson) nur noch in einem einzigen Rennen siegen. Also macht er sich von der Ostküste der USA auf den Weg zu seinem letzten Rennen nach Kalifornien. Durch ein Missgeschick landet er jedoch im verschlafenen Städtchen Radiator Springs, abseits der Route 66. Als er aus Versehen die Orts-Straße beschädigt, findet er sich plötzlich im Gefängnis wieder. McQueen wird dazu verurteilt, die Straße eigenhändig zu reparieren. Während er damit beschäftigt ist, lernt McQueen verschiedene Bewohner des kleinen Örtchens kennen. Darunter befinden sich der Abschleppwagen Hook (Larry the Cable Guy) und Porschedame Sally (Bonnie Hunt), in die sich McQueen verliebt. Durch seine persönlichen Kontakte lebt sich McQueen so gut in der Gegend ein, dass ihm das Rennen in Kalifornien egal ist, aber sein Rennstall sieht das anders.