Depois de cobrir a Terra de lixo e poluir a atmosfera, a humanidade parte para viver em uma gigantesca nave espacial, deixando robôs encarregados da limpeza do planeta. Séculos depois, apenas Wall-E permanece em funcionamento, sobrevivendo graças ao constante reparo de suas próprias peças. Solitário, ele coleta resíduos e guarda pequenos tesouros encontrados entre os destroços. Sua rotina muda com a chegada de Eva, um moderno robô enviado à Terra. Encantado, Wall-E se apaixona e inicia uma jornada que pode transformar o destino da humanidade.