Retour dans la ville imaginaire de San Fransokyo, où l’imposant robot gonflable Baymax, compagnon de santé personnel, s’efforce d’accomplir sa mission : aider et soigner les gens.

Alors que sa carrière et sa vie privée déraillent, Bailey, une chanteuse de country en herbe accepte de travailler comme baby-sitter pour Beau, un cowboy endurci et ses cinq enfants. Grâce à sa persévérance et son charme, cette apprentie nounou parvient à trouver sa place dans le foyer et à combler l'absence de la figure maternelle. À sa plus grande surprise, Bailey trouve également dans cette famille mélomane le groupe qui lui manquait pour la remettre sur la voie de la célébrité.