In Monstropolis Mission draait alles om de energiecentrales van Monsters Incorporated, waar monsters zoals Sully schreeuwen van kinderen oogsten om stroom op te wekken. Maar wanneer Sully per ongeluk een menselijk kind in de fabriek meeneemt, loopt het mis: kinderen zijn gevaarlijk en giftig volgens de monsters. Samen met zijn maat Mike Wazowski probeert Sully het meisje te verbergen en een uitweg te vinden om haar terug te brengen naar de mensenwereld.
Het spel speelt zich af in de bekende stad van Monsters Inc. en gebruikt personages en locaties uit de film. Je bestuurt Sully door een 3D-wereld vol puzzels en obstakels, waarbij je de fabriek en de kinderkamers verkent. De missies zijn gericht op stealth en timing, omdat je de veiligheidsdiensten moet ontwijken terwijl je het kind veilig houdt.