No futuro a terra está destruída por poluição, lixo e consumismo em massa. Uma única empresa chamada Buy n Large dirige o governo e os negócios. Robôs chamados Wall-E (sigla de Waste Allocation Load Lifter Earth-Class) foram criados pela BNL para limpar o lixo deixado na superfície da Terra, enquanto os humanos "tiraram férias" numa gigantesca nave espacial luxuosa da BNL, chamada Axiom. A limpeza deveria durar apenas 5 anos, mas 700 anos já se passaram desde que os humanos partiram e a Terra continua um deserto devastado. O único ser vivo que resta é uma barata e um robô solitário Wall-E que continua funcionando. Nos últimos 700 anos Wall-E está na Terra realizando suas ordens dia após dia, compactando o lixo e organizando-o. Até que um dia algo diferente acontece. Uma nave aterrissa na Terra e instala um EVE (sigla para extra-terrestrial Vegetation Evaluator, uma robozinha avaliadora de vegetação extraterrestre). EVE é insinuante e bem desenhada, totalmente diferente de Wall-E, que cai de paixão por ela imediatamente. A função de EVE é achar evidências de que pode haver vida na Terra. Ela está lá para encontrar uma planta. Quando isto acontecer ela será retirada. Agora Wall-E tem que tomar a maior decisão de sua vida e deixar de lado o que estava programado para fazer e seguir seu coração e descobrir o seu destino.