Tiana, una muchacha de origen humilde que vive en Nueva Orleans, trabaja como camarera y cocinera para conseguir realizar el sueño que compartio con su padre, conseguir abrir su propio restaurante.Pero todo cambia cuando el Príncipe Naveen, heredero de la corona de Maldonia, llega a la ciudad. En su camino se cruza el Doctor Facilier, un brujo vudú que engaña al príncipe y lo convierte en una rana. Atrapado en su nueva forma, Naveen intentará romper el encantamiento utilizando la forma clásica de los cuentos, es decir, con el beso de una princesa. Convence a Tiana para que le bese pero, las cosas no son tan sencillas.

En la metrópolis de San Fransokyo (cruce de San Francisco y Tokio), vive Hiro Hamada, quien aprende a sacar provecho de su capacidad gracias a su brillante hermano Tadashi y sus también brillantes amigos: la buscadora de adrenalina GoGo Tamago, el meticuloso de la limpieza Wasabi-No-Ginger, la genia de la química Honey Lemon y el fanático de los cómics Fred. Cuando tras un devastador giro de los acontecimientos, se ven envueltos en una peligrosa conspiración que tiene lugar en las calles de San Fransokyo, Hiro recurre a su amigo más íntimo: un robot llamado Baymax, y transforma al grupo en una banda de héroes de última tecnología decididos a resolver el misterio.