Após entulhar a Terra de lixo e poluir a atmosfera com gases tóxicos, a humanidade deixou o planeta e passou a viver em uma gigantesca nave. O plano era que o retiro durasse alguns poucos anos, com robôs sendo deixados para limpar o planeta. Wall-E é o último destes robôs, que se mantém em funcionamento graças ao auto-conserto de suas peças. Sua vida consiste em compactar o lixo existente no planeta, que forma torres maiores que arranha-céus, e colecionar objetos curiosos que encontra ao realizar seu trabalho. Até que um dia surge repentinamente uma nave, que traz um novo e moderno robô: Eva. A princípio curioso, Wall-E logo se apaixona pela recém-chegada. Antes da chegada de EVA porém, o filme mostra a vida de Wall-E e o filme é tão foda que dá vontade de chorar, mostrando aquela vida simples e cheia de minimalismos em um mundo praticamente aniquilado. Até que ai sim aparece EVA. Ela veio a Terra para escanear o planeta em busca de algo. Descobrimos o que é assim que ela vê uma planta (sua diretriz). Ao ser levada para a AXION (onde estão todos os seres humanos) o capitão se vê obrigado a iniciar um processo de volta a Terra, mas algo estranho acontece.
No fim, vemos que quem estava escondendo a planta era o piloto automático que receberá ordens do primeiro capitão da nave de nunca mais voltar a Terra, depois de descobrir que o processo de limpeza dela (e que deveria durar 5 anos) falhou. Depois de idas e vindas, o capitão consegue colocar a planta em um analisador (graças a Wall-e que se destrói para que a analise seja realizada) e todos voltam a Terra. EVA consegue salvar Wall-e e todos ficam felizes para sempre.
