Toy Story 3: The Video Game - это платформер. Игра включает в себя сюжетный режим, который в общих чертах воссоздает события фильма, и режим Toy Box, действие которого происходит во вселенной вымышленного телесериала Woody's Roundup, о котором рассказывается во втором фильме "История игрушек 2".
Игра Toy Story 3: The Video Game основана на фильме. Шериф Вуди, Базз Лайтер, Джесси и другие - это игрушки, которые раньше принадлежали мальчику по имени Энди. Теперь, в 17 лет, Энди подарил свои игрушки девушке по имени Бонни перед отъездом в колледж. Три игрушки Энди - Хамм, Рекс и собака Слинки - рассказывают оригинальным игрушкам Бонни о приключениях, которые они пережили до того, как были подарены Бонни. Игрушки Энди объясняют, что их подарили детскому саду "Саннисайд", которым руководит дружелюбный медвежонок по имени Лотсо. Позже игрушки узнают, что Саннисайд - это игрушечная тюрьма, которой управляет Лотсо, оказавшийся недовольным правителем детского сада. Игрушки Энди сбегают через мусоропровод и оказываются в мусоровозе, который везет их на свалку, где их ждет уничтожение измельчителем мусора. В версиях для PlayStation 2 (PS2) и PlayStation Portable (PSP) игрушки спасает инопланетянин Энди (как в фильме). В других версиях Вуди, Базз и Джесси спасают другие игрушки. Кроме того, в версиях для PS2 и PSP историю рассказывает только Рекс, используя созданные им рисунки.