Big Hero 6 kể về câu chuyện của Hiro Hamada, một cậu bé 14 tuổi thiên tài trong lĩnh vực robot. Sau khi anh trai của Hiro, Tadashi, qua đời trong một vụ tai nạn bất ngờ, Hiro bị sốc và mất hết niềm tin vào bản thân. Tuy nhiên, một phát minh của Tadashi – Baymax, một robot chăm sóc sức khỏe đáng yêu – đã giúp Hiro vượt qua nỗi đau và tìm lại mục tiêu sống.

Khi một âm mưu nguy hiểm đe dọa thành phố, Hiro cùng với nhóm bạn của mình – những người sáng tạo khoa học và công nghệ – đã trở thành Big Hero 6, một đội siêu anh hùng, để bảo vệ thành phố và giải cứu những người thân yêu.