レーシングカーのライトニング・マックィーンを筆頭に、車たちの活躍を描くピクサー・アニメーション・スタジオの長編アニメ「カーズ」シリーズ第3作。「カーズ」「カーズ2」の監督ジョン・ラセターが製作総指揮にまわり、前2作にストーリーボードアーティストなどで参加したブライアン・フィーが初監督を務めた。すでにベテランの域に達しつつあるマックィーンが、次世代レーシングカーの台頭と、レース中の大クラッシュをきっかけに人生の岐路に直面し、大きな決断を迫られる姿を描く。あるレースで、最新テクノロジーを追求した次世代レーシングカーのジャクソン・ストームにまさかの敗北を喫したマックィーン。やがて周囲ではストームをはじめとした次世代レーサーたちが台頭し、マックィーンと同世代のレーサーたちは次々と引退。マックィーンもレース中に大クラッシュを起こしてしまう。故郷ラジエーター・スプリングスで失意のどん底にいたマックィーンは、仲間たちの励ましもあって再起を決意し、最新技術を誇るトレーニング施設で訓練を開始。担当トレーナーになったクルーズ・ラミレスとともに、トレーニングに明け暮れるのだが……。