Super raceauto McQueen en zijn beste vriend Mater steken de Grote Oceaan over om te gaan racen tijdens de allereerste Grand Prix ter wereld. De race moet bepalen wie de snelste raceauto ter wereld is. Wanneer Mater in een internationaal spionnenavontuur verzeild raakt, blijkt de weg naar succes boordevol valkuilen, omleidingen en hilarische verrassingen te zitten. Mater bevindt zich met het ene wiel in de belangrijke race van McQueen en met het andere wiel in een super geheime spionagemissie. Hij komt in een explosieve achtervolging terecht wat hem dwars door de straten van Japan en Europa leidt. Cars 2 heeft een kleurrijke nieuwe auto-cast bestaande uit onder andere geheime agenten, gevaarlijke boeven en internationale raceconcurrenten.