謎の事故で最愛の兄を失った天才少年ヒロ。深く傷ついた彼を救ったのは、人々の心と体を守るため兄が開発したケア・ロボットのベイマックスだった。兄の死の真相をつかもうとする2人の前に、未知なる強大な敵が立ちはだかる。