I storbyen San Fransokyo bliver teenageren Hiro nære venner med den oppustelige servicerobot, Baymax, som hans storebror har udviklet. Hiro er selv et teknikgeni, og da han opdager, at nogen har kopieret hans eget robotprojekt, kommer han i farezonen. Sammen med vennerne fra robotlaboratoriet - Go Go, Wasabi, Honey Lemon og Fred - danner Hiro og Baymax superhelteholdet Big Hero 6 for at stoppe skurkene.