CARS dibintangi oleh Owen Wilson sebagai Lightning McQueen, Paul Newman sebagai Doc Hudson, serta Bonnie Hunt, Larry the Cable Guy, dan Tony Shalhoub. KLovers, film animasi ini membawa kita ke dunia unik yang dihuni kendaraan hidup, saat balapan Dinoco 400 menjadi penentuan musim Piston Cup.

Tiga pembalap berada di puncak klasemen, yakni juara bertahan Strip The King Weathers, rival licik Chick Hicks, dan rookie berbakat tapi egois Lightning McQueen. Terobsesi menang dan pindah sponsor ke Dinoco, Lightning menolak kerja sama tim. Keputusannya menolak pit stop justru berujung ban meletus dan balapan berakhir seri, memaksa digelar balapan penentuan seminggu kemudian di Los Angeles.

Dalam perjalanan menuju California, Lightning terpisah dari truknya dan terdampar di kota kecil Radiator Springs, Arizona. Di sana, ia tanpa sengaja merusak jalan utama dan dijatuhi hukuman kerja sosial untuk memperbaikinya di bawah pengawasan Doc Hudson, hakim kota yang bersikap dingin karena tidak menyukai mobil balap.

Terburu-buru ingin pergi, Lightning mengerjakan jalan dengan asal, hingga Doc menantangnya balapan. Tanpa pengalaman di lintasan tanah, Lightning kalah telak dan harus memulai ulang pekerjaannya.

Seiring waktu, Lightning mulai akrab dengan warga Radiator Springs, terutama Mater si derek karatan dan Sally yang bermimpi menghidupkan kembali kota itu. Kita melihat bagaimana kota ini dulu ramai di Route 66 sebelum jalan tol membuatnya sepi.

Lightning juga mengetahui masa lalu Doc sebagai pembalap legendaris Hudson Hornet yang kariernya hancur akibat kecelakaan. Hubungan ini perlahan mengubah sudut pandang Lightning tentang hidup, persahabatan, dan arti kemenangan.

Setelah jalan selesai diperbaiki, Lightning sempat memilih tinggal lebih lama membantu warga. Namun Doc memberi tahu media soal keberadaan Lightning, membuatnya terpaksa pergi ke balapan. Di lintasan, Lightning hampir menyerah hingga teman-teman Radiator Springs datang menjadi kru pit-nya, dengan Doc sebagai kepala kru.

Saat Chick dengan sengaja mencelakai The King, Lightning memilih berhenti dan mendorong sang legenda hingga finis. Meski kalah, ia menuai pujian atas sportivitasnya, menolak tawaran Dinoco, dan kembali ke Radiator Springs untuk membangun markas balapnya di sana.