Seorang anak bernama Hiro Hamada (Ryan Potter) sangat terobsesi
dengan dunia robot. Hiro adalah anak cerdas yang mampu menyelesaikan
sekolahnya lebih cepat dari usia yang seharusnya. Dengan kata lain, Hiro
adalah anak ajaib. Ia juga ahli dalam membuat robot. Untuk menguji
keahliannya itu, ia ikut kompetisi pertarungan robot jalanan. Hiro
berhasil menang dan mendapatkan uang banyak, namun sialnya tempat
pertarungan tersebut digrebek polisi dan ia pun tertangkap.
Untungnya, ia ditolong oleh kakaknya, Tadashi Hamada (Daniel
Henney) dan bibinya, Cass (Maya Rudolph. Melihat kondisi adiknya yang
punya potensi tetapi tidak dimaksimalkan, Tadashi mencoba mengajaknya
untuk kuliah di tempatnya, San Fransokyo Tech. Hiro merasa takjub ketika
melihat berbagai perlengkapan teknologi memukau yang ada di sana.
Seketika, Hiro berubah pikiran dan ingin belajar di sana.
Ia juga bertemu dengan Profesor Callaghan (James Cromwell),
instruktur terkemuka di San Fransokyo Tech. Tadashi juga memperkenalkan
teman-temannya yang kreatif dan inovatif di sana, yaitu Fred (T.J.
Miller), Go Go (Jamie Chung), Wasabi (Damon Wayans Jr.), dan Honey Lemon
(Genesis Rodriguez). Mereka jualah yang menguatkan tekad Hiro untuk
bisa segera belajar di sana.
Namun, untuk bisa belajar di sana Hiro harus membuat sebuah
penemuan yang luar biasa dan mendemonstrasikannya di pameran SFIT. Para
penemu dengan karya teknologi terbaik akan memenangkan kesempatan kuliah
di San Fransokyo Tech. Ironisnya, setelah Hiro berhasil menemukan
teknologi terobosan baru dan mempresentasikannya, gedung tempat pameran
berlangsung mengalami kebakaran. Tadashi yang mencoba menyelamatkan
Profesor Callaghan yang masih berada di dalam, tewas seketika.
Kesedihan mendalam dialami oleh Hiro. Hingga pada akhirnya ia
berteman dengan Baymax (Scott Adsit), robot asisten medis pertama di
dunia. Baymax adalah robot ciptaan dari mendiang kakaknya, Tadashi.
Robot inilah yang menjadi obat kesedihan bagi Hiro setelah ditinggal
sang kakak. Dan ternyata, Baymax memiliki potensi lebih dari yang
diperkirakan. Mulai saat itu pulalah Hiro bereksperimen dengan Baymax.
