Přibližně sedm set let v budoucnosti je Země kvůli dlouholetému nešetrnému zacházení s životním prostředím nadměrně znečištěná odpadky a zničenými rostlinami a živočichy. Lidé, kteří přežili, opustili Zemi a žijí na vesmírné lodi.
Lidé vytvořili speciální roboty, kteří mají Zemi vyčistit, aby se na ni mohli později vrátit, ale životní prostředí se nedaří obnovit a jak čas plyne, roboty začíná ničit drsné počasí a nevlídná půda, přežívá pouze jeden jménem WALL-E.
WALL-E tráví dny přeměňováním odpadků na pevné bloky a staví z nich stavby. Také sbírá zajímavé věci a uchovává je v garáži, kterou sdílí se švábem, svým jediným přítelem.
Jednoho dne přiletí obří vesmírná loď a vysadí nového robota jménem EVE.
Eve je vyslán na Zemi, aby zjistil, zda na Zemi existuje život. EVE se soustředí na hledání existence života a zcela ignoruje WALL-Eho, protože byl neživou bytostí. Wall-E zachrání EVE před prachovou bouří a poskytne jí úkryt, kde jí Wall-E ukáže poslední živou rostlinu.
EVE rostlinu zachytí a automaticky se uvede do deaktivovaného stavu. EVE se stane nepohyblivou jako socha. WALL-E, nechápe, co se stalo s jeho novou kamarádkou, ale věrný své lásce ji chrání před větrem, deštěm a blesky, i když nereaguje.
O několik dní později přilétá obrovská loď, aby EVE odvezla, protože WALL-E nechtěl EVE ztratit, visí před lodí. Loď dorazí zpět na velkou vesmírnou stanici, kde se zdržují všichni lidé.
WALL-E vystopuje EVE do komnat zlých robotů, kteří se snažili zničit EVE i poslední živou rostlinu, protože chtěli, aby lidstvo zahynulo.
Kapitán lodi na tuto lest zlých robotů přijde a s pomocí WALL-Eho a EVE zachrání poslední živou rostlinu a zničí všechny zlé roboty.
Poté na Zemi opět založí civilizaci a žijí všichni společně s EVE a Wall-E lidsky.
Kapitán lodi na tuto lest zlých robotů přijde.