Počas 21. storočia ovládla Zem spoločnosť Buy n Large Corporation (Kupuj vo veľkom), propagujúca masový konzum a úplne pokryla planétu odpadom v roku 2105. Aby vedenie BnL vyriešilo túto situáciu, rozhodlo sa rozbehnúť dva programy: operáciu Clean up (Očista) a Recolonization (Znovuosídlenie). Vyslali ľudí na najmodernejšiu prepychovú kozmickú loď Axiom, aby päť rokov pobudli vo vesmíre a oni medzitým vypustia robotov, ktorí postláčajú odpad do balíkov a vyčistia Zem. Ale plán po piatich rokoch zlyhá a ľudstvo je donútené zostať vo vesmíre.

O sedemsto rokov neskôr funguje už len jeden robot Wall-E, ktorý si vymieňa svoje staré súčiastky od svojich odstavených príbuzných. Táto jednotka má vyvinutý cit a má emócie a hlavne zvedavosť, ako ukazujú jeho netradičné zvyky. Zbiera zaujímavé veci, chová švába, pozerá film Hello, Dolly! a prehráva si soundtrack z filmu.
Jedného dňa pristane na Zemi raketoplán a vypustí pokročilú robotku Eve, do ktorej sa Wall-E na prvý pohľad zamiluje. Na druhej strane, Eve je k nemu nepriateľská a zaujíma sa len o svoju úlohu hľadať rastlinný život. Keď Wall-E nahromadí odvahu predatviť sa, Eve k nemu zmení vzťah. a skamaráti sa s ním. Wall-E s Eve utečú pred búrkou a ukryjú sa u Wall-Eho doma- vo vozni. Wall-E jej ukazuje svoju zbierku cenností, ale keď jej ukáže rastlinu, ktorú predtým našiel, Eva ju uloží do seba a vypne sa. Po tejto “nehode” sa o ňu stará a dokonca s ňou ide na rande, v márnej nádeji, že sa zobudí. Keď sa po ňu vráti raketoplán (čo Wall-E nečaká), intenzívne na ňom prilipne, pretože sa vracia na materskú stanicu Axiom, kde prežívajú ľudia.