Vor langer Zeit haben die Menschen die unbewohnbar gewordene Erde verlassen müssen. Doch auch nach hunderten von Jahren geht der kleine Roboter Wall-E unbeirrt seiner Bestimmung nach: Müll einsammeln.
Die Routine wird durchbrochen, als plötzlich ein Raumschiff auf dem ehemals blauen Planeten landet und eine Sonde namens EVE die Gegend erkundet. Durch einen Defekt beginnt Wall-E, Gefühle für EVE zu entwickeln - und folgt ihr auf ihrer Reise ins All.