트랙을 질주하고 급회전 커브를 자유자재로 구사하며 숱한 레이싱 대회에서 승리를 거둔 '스피드 레이서(에밀 허쉬)'는 이름 그대로 오직 경주를 위해 태어난 천부적인 레이서다. 타고난 재능과 레이싱 본능, 두려움을 모르는 저돌성으로 무장한 그가 유일하게 극복해야 할 대상이 있다면 그건 그의 우상이자 레이스 중 사망한 형 '렉스 레이서'와의 추억뿐.
아버지 '팝스 레이서(존 굿맨)'가 직접 설계한 분신과도 같은 레이싱 카 '마하 5'를 타고 형이 미처 이루지 못한 꿈을 이루기 위해, 레이싱에 모든 것을 바친 가족들을 위해 나아가던 스피드. 그러나 거대기업 [로열튼]의 스카우트 제안을 거절하면서 그룹의 회장 '로열튼(로저 앨럼)'의 분노를 사게 된다. 그리고 소수의 거물들이 그들의 이익을 위해 레이서들을 배후에서 조종하고 있었던 레이싱 경주 이면의 추한 비밀과 맞닥뜨리게 된다. '마하 5'와 함께 영영 질주하지 못할 위기에 처한 스피드가 가족의 사업을 살리고 자신이 사랑하는 레이싱을 계속하기 위해서는 로열튼이 주최하고 로열튼이 함정을 심어둔 대회에서 반드시 로열튼을 이겨야만 한다. 이에 스피드는 가족과 여자 친구 '트릭시(크리스티나 리치)'의 애정 어린 지원을 받아 [토고 칸 모터스]의 리더 '태조(비)'의 제안으로 옛 라이벌인 '레이서 X(매튜 폭스)'와 팀을 이뤄 전설의 경주코스 '카사 크리스토 5000'에 출전한다.