人生の岐路に立つ、天才レーサー。かつては「レースで勝つことがすべて」の自己中心的なルーキーだったが、今や仲間との絆の良さを知り、若者が憧れるベテラン・スターレーサー。だが、新世代の台頭や衝撃的な大クラッシュによる思わぬ挫折から、人生の決断が迫られる。

“人生の岐路”に立つマックィーンの運命の鍵を握る新たな相棒。最新知識と情熱を兼ねそなえた若きトレーナー。マックィーンとの冒険を通して、テクノロジーが導き出す「スピード」だけがレースのすべてではないことに気づいていく。マックィーンに憧れてレーサーになる夢を抱くもそれを諦めた過去を持つ彼女は、マックィーンの相棒となることで、次第に自身の殻をも破っていく。

マックィーンの脅威となる次世代レーサー。最新テクノロジーが生んだ比類なきスピードと完璧なテクニックを誇る新たな世代のレーサー。ボディは、ステルス戦闘機を思わせる、クールなフォルム。若手最注目のレーサーだが、実力を鼻にかけ、生意気。マックィーンら、旧世代のレーサーたちをバカにしている。

マックィーンの大親友。見た目はオンボロだが心優しく、いつもゴキゲンでお人好しのレッカー車。マックィーンの大親友で、マックィーンのことが大好き。天然の明るさと彼が発する素朴な言葉は、どんな時でもマックィーンの心の支え。田舎町ラジエーター・スプリングスの住人。

マックィーンを支える恋人。美しいルックスとウィットに富んだ知性を兼ね備えた、マックィーンの恋人。職業は弁護士。マックィーンを、さり気なく支え、明るく励まし、その挑戦する心を応援する。田舎町ラジエーター・スプリングスを心から愛する住人。

マックィーンの凄腕ピット・クルー。タイヤ交換の驚異の早技を誇る、イタリア人的社交性を持つフィアット500。グイドと共にラジエーター・スプリングスでタイヤ専門店を経営し、その頃から息の合ったコンビ。

マックィーンの凄腕ピット・クルー。タイヤ交換の驚異の早技を誇る、フェラーリ大好きのイタリア出身のフォークリフト。ルイジと共にラジエーター・スプリングスでタイヤ専門店を経営し、その頃から、息の合ったコンビ。

レースの叡知を知る、謎のレジェンド。その昔、マックィーンの師であり伝説のレーサー、故ドック・ハドソンの全盛期を支えた、まさにレース界のレジェンド中のレジェンド。ハドソンの過去や、彼の心の真実を知るクルマでもある。