Действие мультфильма происходит в городе Сан-Францокио, где чудным образом переплетаются японская и американская культуры. А главным героем истории выступит мальчишка 14-ти лет по имени Хиро Хамада. С малых лет увлекаясь технологиями, Хиро давно прослыл вундеркиндом и гением, однако «звёздная болезнь» не поразила этого юношу. Напротив, он считает себя обычным школьником, а примером для подражания видит родного брата Тадаши. И потому, когда с Тадаши происходит несчастье, а полиция лишь безучастно разводит руками, Хиро решает сам свершить правосудие.
Чтобы не действовать в одиночку, мальчик собирает команду из своих друзей и выбирает ей громкое название – «Шестёрка героев»! Для усиления команды Хиро решает перепрограммировать своего домашнего бестолкового робота-толстячка Бэймакса в несокрушимую боевую машину, способную дать бой любому злу.
Дополнительную поддержку «Шестёрке героев» должны обеспечить микророботы, ещё одно изобретение Хиро, но их загадочным образом воруют у юноши, и делают это явно не с добрыми целями.
При поддержке всей героической команды, Хиро Хамада берётся разобраться, что за грязные игры ведутся в Сан-Францокио, и с этого пути его не сведёт даже угроза повторить судьбу родного брата...