Flash McQueen a fait de la route depuis le premier Cars, en 2006. Après la vibrante leçon d'humilité qu'il a apprise dans la petite ville de Radiator Springs, dans l'Etat de Carburetor, la petite Nascar numéro 95 a ensuite accumulé pas moins de quatre coupes de la Piston Cup. De quoi lui donner des envies de croquer le monde, accompagné de son fidèle compagnon Martin, le vieux Ford F150 de dépannage, en participant au tout premier Grand Prix Mondial. Mais en plus de devoir faire face aux plus rapides voitures de la planète, les deux compères devront aussi... déjouer une affaire d'espionnage international, rien de moins !