Andy is inmiddels te oud voor speelgoed en heeft zijn collectie gegeven aan de 4-jarige Bonnie die steeds minder met cowboy Woody speelt.
Wanneer ze tijdens haar kennismakingsdag een poppetje maakt van een plastic vorkje en afval, heeft ze een nieuwe favoriete pop: Forky.
Die begrijpt echter niet wat hij moet doen en tijdens een familiereisje verdwijnt hij spoorloos.
Woody, die weet hoe belangrijk Forky is voor Bonnie, besluit alles op alles te zetten om Forky terug te brengen.
Daarvoor moet hij zijn weg zien te vinden in een voor hem onbekende wereld vol spannende avonturen en verrassende ontmoetingen.