Approximativement sept cents ans dans le futur, la Terre est excessivement polluée par des déchets et des destructions de la vie végétale et animale, à cause d’années d’utilisation négligente de l’environnement. Les humains survivants ont abandonné la terre et vivent sur le vaisseau spatial.
Les humains ont créé des robots spéciaux pour nettoyer la terre afin qu’ils puissent revenir sur terre plus tard, mais l’environnement ne parvient pas à se rétablir et au fur et à mesure que le temps passe, les robots commencent à être détruits par les conditions météorologiques difficiles et les terres non amicales, un seul survit nommé WALL-E.
WALL-E passe ses journées à transformer les déchets en blocs solides et à construire des structures avec eux. Il collectionne aussi des objets intéressants et les garde dans le garage qu’il partage avec un cafard, son seul ami.
Un jour, un vaisseau spatial géant arrive et largue un nouveau robot nommé EVE.
Eve est envoyé sur Terre pour découvrir si la vie existe sur terre. EVE se concentre sur la découverte de l’existence de la vie en ignorant complètement WALL-E qui n’est pas un être vivant. Wall-E sauve EVE d’une tempête de poussière et lui fournit un abri, où Wall-E lui montre une dernière plante vivante.
EVE capture la plante et entre automatiquement en état de désactivation. EVE devient immobile comme une statue. WALL-E, ne comprend pas ce qui est arrivé à sa nouvelle amie, mais, fidèle à son amour, il la protège du vent, de la pluie et de la foudre, même si elle ne répond pas.
Plusieurs jours après, un vaisseau massif vient enlever EVE, comme WALL-E ne voulait pas perdre EVE, il se suspend à l’extérieur du vaisseau. Le vaisseau arrive de nouveau à une station spatiale où tous les humains restent.
WALL-E suit EVE jusqu’aux chambres des robots maléfiques qui essayaient de détruire EVE ainsi que la dernière plante vivante, car ils voulaient que l’humanité périsse.
Le capitaine du navire découvre cette ruse des robots maléfiques et, avec l’aide de WALL-E et d’EVE, sauve la dernière plante vivante et détruit tous les robots maléfiques.
Après quoi, ils établissent à nouveau la civilisation sur terre et vivent humainement tous ensemble avec EVE et Wall-E.