Dans un futur lointain, la Terre est devenue une immense décharge désertique abandonnée par les humains. WALL-E, un petit robot compacteur de déchets, est le dernier à fonctionner et passe ses journées à nettoyer la planète en collectionnant les objets curieux. Sa routine solitaire est bouleversée par l'arrivée d'EVE, une sonde robotique ultra-moderne envoyée pour chercher des signes de vie végétale. Tombé éperdument amoureux d'elle, WALL-E va la suivre à travers la galaxie dans une aventure qui va sceller le destin de l'humanité.