距上一次的冒险已经过去11个年头，转眼间安迪（约翰·莫里斯配音）变成了17岁的阳光男孩。这年夏天，安迪即将开始大学生活，他必须将自己的房间收拾整齐留给妹妹。此前，伍迪（汤姆·汉克斯配音）与巴斯光年（蒂姆·艾伦配音）等玩具一直期待安迪再和他们玩耍，但是随着岁月的流逝，他们被冷落在箱子里很久了。安迪十分珍惜这些童年的玩伴，于是准备将他们收在阁楼。谁曾想，妈妈却把玩具们当作废物扔到街道上。玩具们误解了安迪，于是愤然出走，宁可被捐赠到阳光之家幼儿园。
伍迪尽力劝解大家，却收效甚微，只得独自黯然离开。巴斯光年他们原本以为将重新回到往昔的快乐时光，不料却陷入一场阴谋之中……
《玩具总动员3》里出现的角色都有相应的玩具，这些实体玩具都由迪士尼负责制作和发售。华特·迪士尼公司预计本财政年度《玩具总动员3》相关商品销售额将达到24亿美元。
由于之前两集的配音演员吉姆·法尼于2000年去世了，在《玩具总动员3》里为弹簧狗配音的演员是布莱克·克拉克。
《玩具总动员3》将以2D、3D、IMAX3D三种形式在北美公映。同时，《玩具总动员3》也是皮克斯的首部IMAX电影。
2010年3月，在ShoWest电影产业博览会上《玩具总动员3》率先播出了预售片花，反响热烈。
《玩具总动员3》早在2004年就已经提上的续集制作的议程，但当时公司内部对剧情有着较大分歧。现
的剧本是在皮克斯和迪士尼的共同策划下完成的。
皮克斯作品标志性的“A113”在片中出现于安迪妈妈的车牌。
《玩具总动员3》里的肯娃娃造型是1988年后的新造型。
在该片确定公映日期之后，《玩具总动员》和《玩具总动员》重新以3D的形式在2009年进行了3D版重映。这部3D版是通过迪士尼拥有的专利技术“Disney Digital 3-D”重制而成的立体电影，而《玩具总动员3》则一开始就按照立体电影的要求制作，将代表当今电脑动画最先进的水平。
影片于2010年1月15日制作完毕，在那一天58位制作动画的共人员和导演李·昂克里奇一起组成了一个迷你步操乐队来庆祝影片的完成。
参与《玩具总动员3》制作的动画师里，有17名参与过《玩具总动员2》的制作，有4名参与了三部动画的制作。
为制作影片，该片前后总共绘制了92854个故事板。
总共有302名配音演员为影片进行了配音。安弟的房间有超过300张贴纸。安弟房间的里的地图引脚对应的是《玩具总动员3》制作人员的家乡。安弟房间的墙上挂着的一些装饰品是该片的艺术协调员埃林·马吉尔在高中时期创作的。安弟房间里悬挂着一幅写有“P.U.”的旗帜，上面的字幕代表是是皮克斯学院，这是匹斯克为员工提高专业素养而培训的地方。在安弟的卧室里，隐藏着皮克斯2011年推出的动画《汽车总动员2》的字样。
A113，这个代码再次出现在电影里，这次依然是安弟妈妈的车牌号。不过他的妈妈有一个新的车牌框——老虎的骄傲。这是导演李·昂克里奇的主意，他的家乡在俄亥俄州，在那读高中的时候，吉祥物是老虎。
披萨行星的开车，首次出现于《玩具总动员》，后来几乎出现在所有皮克斯的电影里，这次《玩具总动员3》里也有，让玩具们颠簸的行驶着。
为了应景《玩具总动员3》，乐高创造了6英尺6英寸的身高，体重80磅的伍迪，用了超过17200块乐高积木才建成。而巴斯光年则是5英尺3英寸的身高，体重120磅，用了25000多块乐高积木。皮克斯永久保留了巴斯光年和伍迪的玩具。
伍迪在没戴帽子的时候身高15.18英寸，戴上帽子则是15.93英寸。
巴斯光年不戴头盔是11.43英寸，戴上头盔是11.80英寸。
伍迪一共有229个面部表情，巴斯光年则是215个。
抱抱熊一共有3473271根毛发。
《玩具总动员3》里出现的芭比娃娃是仿照1983年的版本“Great Shape Barbie”来塑造的。
肯在电影里有21套不同的服装。
安弟依然由约翰·莫里斯配音。其实他已经退出了娱乐圈，十多年来都没参演过影视剧，但依然被皮克斯邀请来。
续为安弟配音。剧中的安弟刚上大学，而现实生活里的安弟已经26岁了。
在《玩具总动员2》里为莫莉配音的是导演李·昂克里奇的女儿汉娜·昂克里奇。而在《玩具总动员3》里，莫莉的配音换成了Beatrice Miller，不过汉娜的声音依然出现在了开场的家庭录像里。
