Lightyear vertelt het oorsprongsverhaal van Buzz Lightyear, de ruimteheld waarop het actiefiguur uit Toy Story is gebaseerd. Het verhaal volgt de legendarische Space Ranger nadat hij samen met zijn commandant en hun bemanning is achtergelaten op een vijandige planeet op 4,2 miljoen lichtjaar van de aarde. Terwijl Buzz probeert een weg terug te vinden door ruimte en tijd, wordt hij vergezeld door een groep ambitieuze rekruten en zijn charmante robotrechterhand Sox. Wat de zaak bemoeilijkt en de missie bedreigt is de komst van Zurg, een machtige verschijning met een leger meedogenloze robots en een mysterieuze agenda.