Студент Технического университета Сан-Франсокио Хиро Хамада, отчаявшись после трагической потери старшего брата, решается на отчаянный шаг. Он берёт созданного Тадаши экспериментального робота-медика Бэймакса, весёлого, добродушного надувного гиганта, запрограммированного исключительно на заботу и объятия, и превращает его в почти неуязвимую боевую машину. Теперь между юным гением конструирования и его новоявленным телохранителем возникает связь, куда более прочная, чем любые механизмы. Но в одиночку, даже с таким могучим союзником, Хиро не раскрыть тайну коварного заговора, который угрожает уничтожить всё, что ему дорого. Понимая это, мальчик собирает вокруг себя команду таких же неопытных, но полных энтузиазма студентов-изобретателей из университета. Каждый из них обладает уникальными навыками, и вместе они решают встать на защиту футуристического мегаполиса. Смогут ли юные герои и их необычный робот одолеть таинственного злоумышленника, чьи планы грозят самому существованию города?