Nagyjából hétszáz évvel a jövőben a Földet túlságosan elszennyezi a szemét és a növényi és állati élet pusztulása, mert évekig gondatlanul használták a környezetet. A túlélő emberek elhagyták a Földet, és egy űrhajón élnek.
Az emberek speciális robotokat hoztak létre, hogy megtisztítsák a Földet, hogy később visszatérhessenek a Földre, de a környezet nem tud helyreállni, és ahogy telik az idő, a robotokat elkezdi pusztítani a zord időjárás és a nem barátságos föld, csak egy marad életben, WALL-E.
WALL-E azzal tölti napjait, hogy a szemetet szilárd blokkokká alakítja és építményeket épít belőle. Érdekes dolgokat is gyűjt, és ezeket a garázsában tartja, amit egy csótánnyal, az egyetlen barátjával oszt meg.
Egy nap egy óriási űrhajó érkezik, és egy új robotot dob le, EVE-t.
Eve-t a Földre küldik, hogy megtudja, létezik-e élet a Földön. EVE az élet létezésének megtalálására koncentrál, teljesen figyelmen kívül hagyva WALL-E-t, mivel ő nem volt élőlény. Wall-E megmenti EVE-t a porviharból és menedéket nyújt neki, ahol Wall-E megmutatja neki az utolsó élő növényt.
EVE elkapja a növényt és automatikusan deaktivált állapotba kerül. EVE mozdulatlanná válik, mint egy szobor. WALL-E, nem érti, mi történt új barátjával, de szerelméhez hűen megvédi őt a széltől, esőtől és villámlástól, még akkor is, ha nem reagál.
Néhány nappal később egy hatalmas hajó érkezik, hogy elvigye EVE-t. Mivel WALL-E nem akarta elveszíteni EVE-t, a hajón kívül lóg. A hajó visszaérkezik egy nagy űrállomásra, ahol az összes ember tartózkodik.
WALL-E követi EVE-t a gonosz robotok kamráiba, akik megpróbálták elpusztítani EVE-t és az utolsó élő növényt is, mivel azt akarták, hogy az emberiség elpusztuljon.
A hajó kapitánya rájön a gonosz robotok trükkjére és WALL-E és EVE segítségével megmenti az utolsó élő növényt és elpusztítja az összes gonosz robotot.
Aztán újra civilizációt hoztak létre a Földön és emberien éltek mindannyian együtt EVE-vel és Wall-E-vel.