Buzz Lightyear é o novo e sofisticado astronauta de brinquedo do garoto Andy. Buzz não imaginava que encontraria um rival: Woody, um cowboy de brinquedo que, dominado pelo ciúme, acredita ter perdido um lugar precioso no coração do seu dono. Os dois brinquedos vivem brigando até que vão parar nas garras do vizinho, um verdadeiro destruidor de brinquedos. Agora, mais do que nunca, Buzz e Woody precisam precisam se unir para escapar do perigo. Com a ajuda de seus amigos da caixa de brinquedos, eles vão viver uma incrível aventura.

Após uma agitada caça viscosa a um fantasma, que custou milhões a cidade de Nova York, os Caça-Fantasmas encontram-se sem trabalho. Enquanto isso, um antigo tirano prepara sua volta para dominar a Terra usando seu retrato que está no Museu de Arte de Manhattan e possuindo o bebê de Dana Barrett como lar de sua maligna alma! Com a ajuda do enfeitiçado curador do museu, ele planeja tornar Nova York um assustador lugar para se viver! Usando seus equipamentos contra pestes paranormais, apenas os Caça Fantasmas podem salvar a cidade!

Em Nova York, Peter Venkman, Ray Stantz e Egon Spengler são três cientistas do departamento de psicologia da Universidade de Columbia que se dedicam ao estudo de casos paranormais. Quando a subvenção termina, eles são despedidos e Venkman sugere que abram um negócio próprio, a exterminadora de fantasmas Ghostbusters. Inicialmente eles só têm despesas e nenhum cliente, mas eis que surge Dana Barrett, uma violoncelista que teve uma experiência assustadora em seu apartamento.