公元2805年,人类已迁离满布垃圾的地球;约七百年前,大型企业“大卖家集团”(Buy & Large,BnL)鼓吹的无节制消费主义制造了大量垃圾,为净化地球而协助人类迁居外太空,留下大量环境清理用机器人“瓦力”(WALL-E)进行清扫作业。数百年后,地球只余下一台仍然运作的瓦力。以报废同伴的零件进行自我维修的瓦力拥有了情绪,在打扫期间常收藏各种物品。
瓦力于一天发现了一株正在萌芽的植物,不久一台新型探测机器人“伊芙”(EVE)降落地球进行盘查作业,瓦力对伊芙一见钟情并向她分享其收藏品。在展示当天发现的植物时,伊芙机体内的探测仪收起植物并进入休眠状态,瓦力未能使伊芙清醒,其后一艘太空舰前来接收伊芙,瓦力攀附在太空舰外壁随之进入太空,到达人类居住的太空船真理号(Axiom)。