Коли Енді вчився в коледжі, Вуді, Базз та решта іграшок опинились у дитячому садку під назвою Sunnyside. Плюшевий ведмедик під назвою Lotso керує цим місцем, але швидко стає очевидним, що все-таки не все сонячно в Sunnyside ...
Disney / Pixar Toy Story 3 проводить вас через пригоди іграшок, які ведуть їх до Sunnyside і далі, а також місця яки не бачили у фільмі, як, наприклад, підживлена кофеїном уява Бонні.
У грі є два різні режими - перший - Story Mode, в якому іграшки переказують події фільму зі своїми новими знайденими друзями. У цьому режимі гравці беруть під свій контроль Вуді, Джессі та Базза, кожен зі своїми унікальними рухами, які допомагають їм досліджувати світ. Story Mode переглядає уяву Енді про Вуді на Дикому Заході, дозволяє гравцям грати в відеоігру Buzz Lightyear, побачену на початку Історії іграшок 2, змушує їх прориватися з Саннісайду на рівні стелсу і навіть везе їх у Привидну пекарню! На кожному рівні є приховані секретні картки - ці карти відкривають спеціальні бонуси, такі як концепт-арт, короткий знімок фільму, а найкраще - нові іграшки для режиму Іграшкової коробки.
Режим Toy Box - це глибший досвід, ніж Story Mode. У цьому режимі гравці можуть дослідити весь світ Woody's Roundup як Вуді, Базз чи Джессі (а також Імператор Цург у версії PlayStation 3). У цьому режимі гравці будують місто для мера Хамма, використовуючи знайдені гроші, виконуючи місії, які можуть бути чим завгодно: від порятунку корів, до руйнування дамби, до фотографування людей або місць, до перегонів на гігантській трюкової доріжці, до ловити грабіжників банків і кидати їх до в'язниці, майже до всього!