O filme se passa no futuro, quando a Terra tomada pelo lixo e poluição atmosférica, se torna inabitável e os seres humanos passam a viver em uma nave espacial enquanto robôs ficam responsáveis pela limpeza do planeta. Wall-E é o último destes robôs e passa os dias compactando lixo, até encontrar uma planta.  Eva, um robô moderno destinado a buscar provas de que a Terra está se recuperando, chega ao planeta e Wall-E se apaixona por ela, seguindo-a por toda a galáxia.