Quindici anni dopo il salvataggio di un convoglio che ha creato danni e feriti, e dopo una serie di provvedimenti che hanno obbligato i supereroi, conosciuti come "Super", a vivere in incognito protetti da un "programma protezione testimoni" governativo in cambio del loro ritiro e del loro abbandono delle identità di eroi, Mr. Incredible e Elastigirl sono ancora felicemente sposati e vivono le loro normali vite. Adesso conosciuti come Bob ed Helen Parr, hanno tre figli: Violetta, Dashiell ("Flash") e il piccolo Jack-Jack. Anche Violetta e Flash hanno superpoteri come i propri genitori, mentre sembra che Jack-Jack non abbia alcuna particolare abilità. Bob, frustrato dalla monotonia del suo lavoro in una compagnia assicurativa, aiuta segretamente i suoi clienti bisognosi e sogna di ritornare ai "Giorni di gloria" da supereroe. Per farlo, si sintonizza sulla radio della polizia e, assieme al suo vecchio amico Lucius Best, conosciuto come Siberius, sventa piccoli crimini o salva persone in pericolo. Il tutto all'insaputa della moglie. Una sera, tornato a casa, svuota la valigetta e trova un misterioso plico, contenente un messaggio di Mirage, una misteriosa agente che lavora per il governo e che gli offre un lavoro altamente retribuito. Il suo compito sarà quello di recarsi su Nomanisan, un'isola non segnata sulle mappe, e scovare l'Omnidroide 9000, robot dotato di intelligenza propria, sfuggito al controllo del governo. Bob accetta l'incarico, nascondendolo, assieme alla perdita del suo lavoro, alla moglie. Una volta arrivato sull'isola, sconfigge l'Omnidroide, danneggiando però la sua tuta. Decide allora di portare il suo costume da Edna "E" Mode, stilista che aveva creato il suo abbigliamento da Super. Trovandola fuori moda, Edna fabbrica un indumento completamente nuovo per lui e per tutta la sua famiglia. Due mesi dopo, Mirage chiama Bob per un nuovo incarico. Quando l'eroe ritorna sull'isola, viene attaccato a sorpresa da una nuova e migliorata versione dell'Omnidroide. Improvvisamente qualcuno ferma il robot in tempo: è Sindrome, il padrone dell'isola, che si rivela essere Buddy, il fan ragazzino di Mr. Incredibile che desiderava diventare il suo aiutante ma che era stato respinto. Risentito dal rifiuto, il ragazzo era cresciuto maturando odio nei confronti dei Super ed aveva fatto fortuna costruendo armi ad alta tecnologia che utilizzavano l'energia di punto zero. Una volta fuggito da Sindrome, Bob trova la sua base segreta, dove scopre che l'Omnidroide ha sconfitto molti dei Super scomparsi e che Sindrome sta per spedire la sua invenzione nella città, dove provocherà danni e distruzione e solo lui potrà fermarlo, rendendosi l'idolo delle folle. Nel frattempo, Helen nota che la vecchia tuta di Bob è stata riparata. Chiama così Edna, che le mostra i nuovi costumi per lei e per i suoi figli. Capisce così che Bob ha ripreso la sua attività di supereroe. Grazie al localizzatore presente in ogni tuta, Helen scopre dov'è Bob, ma così facendo segnala la presenza di Bob nella base segreta. Mirage, che in realtà lavora per Sindrome, lo conduce allora in una prigione, appeso ad un macchinario che limita i suoi movimenti. Grazie ad un amico, Helen, riesce a raggiungere l'isola a bordo di un aereo, nel quale si erano nascosti i due figli, mentre Jack-Jack era rimasto a casa con una giovane baby-sitter. Il mezzo, però, viene individuato e dei missili lo fanno saltare in aria. Sindrome fa credere a Bob che siano morti. Accecato dalla rabbia, Bob afferra Mirage e minaccia di stritolarla, ma Sindrome lo lascia fare, sfidandolo. Mr. Incredibile lascia cadere la donna. Mentre Helen si infiltra nella base, l'Omindroide 10000 viene lanciato sulla città di Metroville. Nella base di Sindrome, Mirage, segretamente grata del gesto di Bob, lo libera poco prima che arrivi Helen. I due poi, trovano i loro figli che stanno combattendo contro delle guardie. Sindrome cattura nuovamente la famiglia e, mentre questi vengono imprigionati, spiega loro il suo piano: l'Omnidroide spedito a Metroville creerà panico e distruzione. Soltanto lui potrà fermarlo, venendo accolto come un vero eroe. I quattro, però, riescono a liberarsi e accedono alla rampa dove un altro missile è pronto per il lancio. Con l'aiuto di Mirage, raggiungono la città dove Sindrome sta perdendo il controllo della situazione. L'Omnidroide capisce di essere comandato e attacca Sindrome, al quale sfugge il telecomando e, indifeso, sviene sotto i colpi del droide. Gli Incredibili, assieme a Siberius, combattono il robot e riescono a sconfiggerlo. Sindrome contemporaneamente si sveglia e scopre che i suoi nemici gli hanno rubato la gloria. Tornata a casa, la famiglia scopre che Jack-Jack è stato rapito da Sindrome, con l'intenzione di plasmarlo in un loro nemico. Ma il piccolo si trasforma in vari elementi (fuoco, metallo e un mostriciattolo) e scaraventa Sindrome sull'ala del suo aereo. Il suo mantello viene risucchiato, assieme a lui, nella turbina del velivolo. Tre mesi dopo, la famiglia è molto più felice. Flash può finalmente praticare dello sport, controllando i suoi poteri, Violetta è diventata più socievole e Bob è contento della sua vita da civile. Proprio durante una delle gare di Flash, dal sottosuolo emerge un nuovo nemico, il Minatore, e dichiara "Guerre alla pace e alla felicità". Tutti i membri della famiglia indossano la loro maschera e si preparano a combatterlo.