Son dos hermanos que son muy inteligentes y procesan robots que los ayudan a compartir su interes, Hiro va a un sitio de peleas de robot clandestina en la cual apuesta dinero, al inicio lo pierde pero luego lo recupera, el contrincante al sentirse tomado manda a sus guardaespaldas pero Tadashi llega a tiempo y lo salva pero la policía los sorprende y los arresta. Horas despues la tía Cass los saca de prisión y los lleva a casa.
Hiro reside ir a otra pelea clandestina y Tadashi ofrece llevarlo pero en realidad lo lleva al Instituto Tecnológico de San Fransokio. Ya en el instituto Tadashi le presenta a Hiro a sus amigos Gogo, Wasabi, Honey y Fred y luego le muestra su invento (Baymax).Luego Tadashi dice que lo llevara a la pelea pero Hiro decide presentar un invento para que le den una beca en el instituto, al inicio no tiene ninguna idea pero luego crea un montón de microbots y días después los presenta.Después de la presentación Alistair Crey le dice a Hiro que quiere comprar su invento pero el se niega y obtiene la besa.Después Tadashi y Hiro conversan y escuchan una sirena y Tadashi sale corriendo, para darse cuenta de que el edificio se esta incendiando, entonces Tadashi reside entrar para salvar a Robert Callahan, su profesor y mentor pero ambos mueren.
Después del funeral Hiro activa a baymax, el cual se activa ante alguna señal de dolor. Hiro se da cuenta de que en su saco hay un microbot el cual los conduce a una fabrica abandonada donde una maquina esta haciendo muchos mas, luego los microbots son activados por Yokay con la intención de matar a Hiro y a Baymax pero ellos logran escapar.
Luego van al departamento de policía para reportar el ataque pero baymax se queda sin bateria, entonces Hiro lo lleva a casa para que se recargue, luego le crea un traje para intentar derrotar a Yokay y van a la fabrica abandonada pero descubren que Yokay ya no esta ahi, luego decubren que el esta en el muelle. Cuando llegan al muelle se encuentran con Gogo, Wasabi, Honey y Fred entonces Yokay los ataca a los 6 pero ellos logran escapar callendo en el mar del puerto y luego va a la mansión donde vive Fred.
Ya en la casa de Fred, Hiro hace un acuerdo con los demas para detener a Yokay, entonces Hiro crea supertrajes para Gogo, Wasabi, Honey, Fred, Baymax y para el mismo.Entonses Hiro dice que el plan es encontrar a Yokay y quitarle la mascara y el transmisor neuro craneal con el que controla a los microbots.
Horas despues Baymax escanea a la ciudad y encuentra a Yokay en una isla cerca de Sanfransokyo a la cual van. Ya en la isla lo buscan y descubren una oficina en la cual se muestra un video donde Crey crea una maquina de teletransportación la cual manda a probar a una mujer que es seguro, pero cuando ella entra, el puerto 2 explota y el puerto 1 implosiona y la chica se queda atrapada; en ese momento Yokay les lanza una biga enzima pero Baymax los salva, entonces ellos empiezan a pelear con el y terminan quitándole la mascara y descubren que es Robert Callahan, entonces Hiro hace que Baymax lo ataque, cuando Baymax estaba a punto de asesinarlo Gogo, Wasaby, Honey y Fred logran detener a Baymax dejando que Robert escape. Hiro le pide a Baymax que lo vuelva a localizar pero su sistema esta dañado, entonces lo lleva a su casa para repararlo, luego de repararlo Baymax le muestra un vídeo en el que es construido por Tadashi y dice que esta ansioso por mostrárselo a Hiro.
Luego llegan Gogo, Wasaby Honey y Fred y le muestran un vídeo a Hiro el cual demuestra que la chica que murió en el portal es la hija de Callahan y que el culpa a Crey por lo susedido. Después Callahan secuestra a Crey y con un nuevo portal esta destrullendo el nuevo instituto de Crey como venganza, pero luego llegan los 6 héroes y Hiro le dice a Callahan que la venganza no va a cambiar nada pero Callahan deside atacarlos, al principio el va ganando pero ellos cambian de táctica y mandan a todos los microbots al portal y después lo derriban, Baymax detecta vida dentro del portal, ( la hija de callahan " abigail") entonces Hiro y Baymax entran al portal y decantan la cápsula en la que ella se encuentra y vuelven, pero durante el regreso una pared de yeso destrulle el traje de Baymax evitando que escapen del inestable portal entonces Baymax sugiere que Hiro y Abigail saltando el impulso se el puño de Baymax, entonces ambos salen pero el portal explota con Baymax dentro.
Días después Hiro empieza a asistir al instituto y guarda el puño de Baymax, pero se da cuenta de que Baymax puso su tarjeta madre en el puño antes de soltarlo, entonces Hiro reconstruye a Baymax y decide seguir siendo superheroe junto a Baymax y sus amigos.
En las escenas post creditos Fred en su casa descubre una guarida secreta de suoerheroe el la cual descubre que su padre Stan Lee es un superheroe retirado y luego lo abraza.
