アクション・ゲームの悪役キャラクターのラルフ（声：ジョン・C・ライリー）は、ゲームの世界の掟に反して、みんなに愛されるヒーロー・キャラになりたいと願っていた。ついに我慢が限界に達したラルフは、自分のゲームを飛び出してしまう。ラルフはお菓子の国のレース・ゲーム“シュガー・ラッシュ”に迷い込み、不良プログラムであるためレースに出場できない少女ヴァネロペ（サラ・シルヴァーマン）と出会う。嫌われ者のラルフと仲間はずれのヴァネロペは、次第に友情を育んでいく。しかし、ゲーム界の掟を犯すラルフの脱走は、ゲームの世界全体に災いをもたらすことになる。ゲームのキャラクターたちがパニックに陥っているなか、“シュガー・ラッシュ”とヴァネロペに隠された恐るべき秘密を知ったラルフは、ヴァネロペを救い、ゲーム界の運命を変えるために立ち上がる……。