アクションゲームの悪役キャラクターのラルフの願いは、みんなに愛されるヒーロー・キャラクターになること。ある日、ついにラルフは我慢ができなくなり、自分のゲームを飛び出してしまう。迷い込んだのは、お菓子の国のレースゲーム"シュガー・ラッシュ"。そこでラルフが出会ったのは、不良プログラムであるためにレースに出場できない少女ヴァネロペだった。嫌われ者のラルフと、仲間はずれのヴァネロペ──孤独な2人は次第に友情の絆で結ばれていく。だが、ラルフの脱走はゲームの掟に反し、このままではゲームの世界全体に災いをもたらすことになってしまうのだ。ゲーム・キャラクターたちがパニック状態に陥る中、ラルフは"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てしまう。果たしてラルフはヴァネロペを救い、ゲーム界の運命を変えることができるのだろうか? そして彼は、"本当のヒーロー"になることができるのだろうか?