La serie sigue los acontecimientos del largometraje Big Hero 6 y continúa las aventuras del genio tecnológico de 14 años, Hiro Hamada y el compasivo y vanguardista robot Baymax creado por su difunto hermano Tadashi. Junto con sus amigos Wasabi, Honey Lemon, Go Go y Fred, forman el equipo de superhéroes Big Hero 6 y se embarcan en aventuras de alta tecnología mientras protegen su ciudad de una serie de villanos científicamente mejorados. Hiro también enfrenta desafíos académicos y pruebas sociales como el nuevo prodigio en el Instituto de Tecnología San Fransokyo (SFIT).