約700年後の地球、長年の不注意でゴミがあふれ、植物や動物が壊滅状態になっていた。 生き残った人類は地球を捨て、宇宙船で暮らしていた。
人類は地球をきれいにするために特別なロボットを作り、後に地球に戻ってこれるようにしたが、環境は回復せず、時間が経つにつれ、ロボットは厳しい天候と非親切な土地によって壊れ始め、WALL-Eという一人だけが生き残っている。 ある日、巨大な宇宙船が到着し、EVEという名の新しいロボットを降ろしました。 イブは地球上に生命が存在するかどうかを調べるために送り込まれます。イブはウォーリーを完全に無視して生命の存在を探すことに集中します。 ウォール・イーがイブを砂嵐から救い、避難させる。そこでイブはウォール・イーから最後の生命体である植物を見せられる。 イヴは彫像のように動かなくなります。 数日後、イブを連れ去るために巨大な船がやってきますが、イブを失いたくないウォーリーは船の外にぶら下がります。 船は全人類が滞在している大きな宇宙ステーションに到着。
ウォーリーはイブを追跡し、人類が滅びることを望んでいたイブと最後の生物を破壊しようとしていた悪のロボットたちの部屋へ。
この悪のロボットの策略を知った船長は、ウォーリーやイブの助けで最後の植物を救い、悪のロボットをすべて破壊します。