Gelecekte, insanlar dünyayı terk etmiş ve gezegeni çöplerle dolu bir hale bırakmıştır. Dünya’da geriye sadece temizlik yapmakla görevli robotlar kalmıştır. Ancak zamanla bu robotlardan sadece biri çalışır halde kalır: WALL·E.

Yalnız geçen yıllar boyunca WALL·E, insanlardan kalan eşyaları biriktirir ve kendi küçük dünyasını kurar. Günlerden bir gün, EVE adlı gelişmiş bir robot dünyaya gönderilir. WALL·E, EVE ile tanıştığında hayatı tamamen değişir.

EVE’nin görevi, dünyada yaşam belirtisi olup olmadığını araştırmaktır. WALL·E’nin bulduğu küçük bir bitki, insanlığın geri dönüşü için umut olur. Bu keşif, ikiliyi uzayda büyük bir maceranın içine sürükler.