科学の才能を持て余しロボットバトルに熱中しているヒロは兄タダシの誘いを受けて、独創的な発明を発表すれば飛び級入学出来ると聞いて、極小型ロボットの集合体を様々な形に変化させる発明を発表し見事に合格。だが直後に起きた爆発事故に巻き込まれてタダシは死亡。不審に感じたヒロは兄タダシが残したケアロボット・ベイマックスやタダシの学友と協力して、タダシの死の真相と極小型ロボットを悪用しようとする謎の仮面男に立ち向かう。
原作は、マーベルコミックのマイナーヒーローチーム「ビッグヒーロー６」。
最初は頼りなかったベイマックスが、ヒロのバージョンアップによって空手やロケットパンチを武器に戦えるようになり、電磁サスペンションを手足に装着しブーメランのように武器に使うゴーゴーやレーザーを刀のように使うワサビや科学物質をミックスして武器のように使うハニーレモンが、「ビッグヒーロー６」となってお互いの得意技を生かしたチームワークで敵と戦うスリリングなバトル、どんな時も心身ともにヒロを守り抜くベイマックスとヒロの熱い友情が組み合わさって、心温まるヒーローアニメ映画に仕上がっています。ラストのヒロを救うためにベイマックスが取った行動は、「ターミネーター２」でシュワルツェネッガーのターミネーターが取った行動以上に泣ける名場面です。
