Na nova trama, que se ambienta no mesmo universo do filme 3D de 2005, invasores alienígenas sequestram os super-heróis da Terra e, para salvá-los, os filhos deles se reúnem e aprendem a trabalhar juntos para resgatá-los e salvar o mundo. Entre os herdeiros está a filha de Sharkboy e Lavagirl, vivida pela atriz Vivien Lyra Blair, de Bird box.
Taylor Lautner não fará o papel do herói, assumido então pelo ator J.J. Dashnaw. Já Taylor Dooley reprisa a famosa personagem. No elenco também estão YaYa Gosselin, Pedro Pascal, Priyanka Chopra Jonas, Christian Slater, Boyd Holbrook, Christopher McDonald e Adriana Barraza.
O diretor, Robert Rodriguez, conhecido por filmes violentos, como Sin city, Machete e Um drink no inferno, já produziu algumas outras obras infantis, especialmente no começo dos anos 2000. Ele também é conhecido por dirigir a franquia de Pequenos espiões. Entretanto, Pequenos grandes heróis é o primeiro projeto infantojuvenil que realiza em 15 anos. O último foi As aventuras de Sharkboy e Lavagirl, em 2005.
O filme foi anunciado em julho, durante a San Diego Comic-Con e estreia em 1º de janeiro de 2021.