《托馬斯大電影之世界探險記》講述一臺來自澳洲的淘氣小賽車Ace，參加世界巡迴比賽時路過了多多島。從未離開過多多島的湯瑪士小火車聽到Ace游歷世界的見聞后，也決定展開自己第一次的全球大冒險！湯瑪士將越過沙漠、叢林還有危險的高山，橫跨非洲、南美洲、中美洲、北美洲和亞洲等五大洲，體驗前所未見的壯麗景色和異國風情。他也認識了新的朋友，來自非洲肯亞的女性火車妮亞，一同踏上旅途的他們將會碰上什麼樣的冒險故事呢？