）皮克斯动画工作室制作，迪士尼发行的第六部长篇电脑动画。本片由布拉德·伯德（Brad Bird）导演，Michael Giacchino 配乐，于2004年上映。获第77届奥斯卡最佳动画片奖。而续集《超人总动员2》于2018年6月15日在美国上映 。
在一个生活着众多超级英雄的社会中，所有超级英雄在打击犯罪时，也无意间给周遭市民造成众多灾难和负担。当市民们开始猛烈地对超级英雄们表示谴责和控告时，政府为平息事件只能实施《超级英雄异地安置计划》：为他们建造新的身份、住所和工作，让所有超级英雄以不再当英雄的情况下就此销声匿迹。十五年后，曾经力大无穷的“超能先生”巴鲍勃和“弹力女超人”巴荷莉恋爱结婚后，共同育有三个子女：巴小倩（Violet）、巴小飞（Dash）和巴小杰（Jack-Jack）；他们也都各自遗传到不同的超能力，也在父母的要求下尽力隐瞒。如今鲍勃当起保险公司理赔员，受不了平凡生活而陷入中年危机，一心只想着能继续行侠仗义，并和多年的战友“酷冰侠”（Frozone）夜晚时偷偷地在外救人。
鲍勃有一天因情绪失控而将他的恶劣老板亨先生扔出数道墙，不但失去工作、迫使超级英雄政府特工瑞克出面解决问题，还险些牵连到家人的安定。鲍勃沮丧地回家，却在公事包中找到一台平板计算机，而里面播放的录像显示一位名叫幻影的女子。幻影给鲍勃一个超级英雄能发挥的机会，帮助他们解决一台失控的全能机器人。鲍勃联系幻影加入后，独自降落在指定的“诺曼尼岛”上，于小岛南边后找到机器人，虽然擦伤肩膀，但还是靠聪明才智将机器人摧毁且关闭。这次重操旧业而使鲍勃重燃英雄本色，除了开始与家人修复关系时，假藉白天工作时间偷偷实施减肥重新锻炼身材。他还找专门设计超级英雄战服的服装，知名服装设计师“衣夫人”修补旧战服，衣夫人也借机开始为巴家重新设计一套新红色战服。
鲍勃再度受到幻影传唤，回到当初的诺曼尼岛上等待任务。然而鲍勃来到指定的会议室时，突然受到和之前相似但强化的八爪机器人攻击。一个身穿黑白战服、穿着火箭靴的红色头发男子突然飞过来，鲍勃从他的说词与长相发现他的身份为十五年前自己的崇拜者巴迪。巴迪将自己称作“辛拉登”，在十五年前被超能先生冷落并抛弃好意后开始敌视他，透过近几年时间发明武器致富，同时设计出能打败任何超级英雄的全能机器人。鲍勃侥幸逃跑后躲到瀑布底端的洞穴躲避，靠洞穴里找到的一具骸骨躲避辛拉登侦测，根据骸骨身上的战服得知他是自己曾经的战友电光眼。
夜间鲍勃潜入辛拉登的基地，偷进辛拉登的计算机查看资料得知惊人的事实，辛拉登一直以来引诱过无数名前超级英雄过来自投罗网，将他们变成提升机器人作战能力的牺牲品。不仅如此，鲍勃还发现辛拉登的下一步行动，将完成最终设计的机器人送至他居住的城市中破坏。另一边，在家的荷莉发现鲍勃原先战服上缝过的痕迹得知衣夫人介入，原希望她不要插手自己家人的生活，但衣夫人为荷莉亮相她为巴氏一家设计的红色战服系列，告知她关于鲍勃丢失工作的实情。荷莉证实事情后启动鲍勃战衣上的追踪器得知他身在的位置，导致鲍勃因追踪器启动被探测到而暴露，直接被敌军放网抓获。
荷莉因担心鲍勃而借用一架小型客机飞往小岛，但后来发现小飞和小倩也着装躲在飞机上，姐弟俩表示他们聘请保姆照顾小杰。这时，辛拉登拦截到荷莉的信号，发射导弹将飞机击毁，荷莉及时变形为降落伞使孩子们平安落在海面上，最后变形成快艇跟随导弹发射轨迹抵达小岛。荷莉将孩子安顿在洞穴里后跟着运输车潜入基地里，发现辛拉登已经将升级完成的机器人送进火箭里。这时幻影因辛拉登不顾他的生死而感到不悦，因此暗中释放鲍勃、透漏他的家人还活着，鲍勃一时庆幸时注意到荷莉赶到，正式对妻子坦白一切。这时小飞和小倩刚好被保全队发现行踪，姐弟俩首次活用超能力（超音速和磁场防护罩）击败多数保安的飞碟，当鲍勃和荷莉赶到一同作战时时，辛拉登却将他们一举抓获。
辛拉登计划自己将会在无超级英雄的新世界中，击败自己的机器人成为新英雄，同时计划自行退休后大卖他的超能装备。小倩制造出防护罩脱困释放家人，一家人在幻影的帮助下，靠另一架火箭迅速飞回城市。这时机器人开始大肆破坏城市，辛拉登照计划在市民面前塑造自己的形象，但机器人突然产生自我意识，一枪打掉他的手镯遥控器并失控，而辛拉登直接被打晕。巴氏一家回到城市后开始与机器人展开对决，而酷冰侠也一同前来作战。鲍勃找到遥控器后，想起自己和上一架机器人作战时以物克物的方法，与荷莉找准时机发射出一根断掉的机器爪，射穿它的核心而彻底摧毁。战后所有市民对他们心存感激，瑞克到场后表明政府已经开始对超级英雄实行赦免过去行径的政策，并冻结辛拉登所有资产、查封他的小岛、逮捕其所有手下。
鲍勃一家回去后却撞见前来报复的辛拉登，其打算带走沉睡的小杰，迅速飞往空中的接应飞机。而小杰突然活用他的“超能力”而变成怪物，从辛拉登手中逃脱后被荷莉接住。不知悔改的辛拉登声言他还会另起炉灶，鲍勃于是将自己的新车扔上去摧毁他的飞机，导致辛拉登直接被卷进飞机涡轮中粉身碎骨。三个月后，鲍勃一家开始在新地方适应平凡生活，在小飞适当活用能力拿到跑步比赛第二名，随后一个新敌人—采矿大师突然冒出来袭击城市。巴氏一家于是换装戴上面罩及战衣，准备以超人一家的身份和敌人对决。