Roger on kulkukoira, joka asuu hypermodernissa suurkaupungissa Robo Cityssä. Eräänä päivänä Roger ja elegentti, hemmoteltu lemmikkikissa Belle joutuvat keskelle kaaosta robottien vallattua heidän kotikaupunkinsa. Belle-kissa ja Roger-koira eivät ole ylimpiä ystäviä, mutta niiden on sysättävä kaikki ennakkoluulonsa ja eroavaisuutensa syrjään pelastaakseen omat kotinsa. Tämä epäsuhtaisen parin on nyt lähdettävä riskialttiille, vaarantäyteiselle pelastusretkelle yhdessä karvaisten ystäviensä (ja yhden hyvin tunteellisen robotin) kanssa vallatakseen kaupunkinsa takaisin.