Radnja je smještena u daleku, ali ne tako nemoguću budućnost. Ljudski rod je napustio Zemlju zbog toga što je postala prenatrpana smećem nastalim od proizvoda velike, moćne i korumpirane multi-nacionalne kompanije Buy N Large. Na planetu su ostavili mnogo malih robota čistača sa zadaćom da raščiste taj nered kako bi Zemlja ponovo postala naseljiva. No zbog greške u programu, svi su se roboti pokvarili. Osim jednoga. On je WALL*E (skraćenica za Waste Alocation Load Lifter Earth-Class), sam samcat na cijeloj planeti. Društvo mu pravi samo nekoliko žohara, ali to se uskoro mijenja. Odjednom se pojavljuje još jedan robot, točnije robotica EVE (Extra-terrestrial Vegetation Evaluator) koju su ljudi poslali u izvidnicu da procijeni kako napreduje čišćenje Zemlje. Uz nju zaljubljeni WALL*E odmah zaboravlja na sav taj silni otpad te se upušta u avanturu života.
Jednog dana WALL*E spasi EVE od pješčane oluje te se zaljubi u nju. Kako bi je zadivio pokaže joj malu biljku koja je uspjela izrasti među smećem. EVE uzima biljku te se deaktivira, a jedini znak života na njoj je malo zeleno treptavo svjetlo. WALL*E ne shvaća što joj se dogodilo, ali on je odan svojoj ljubavi - štiti je od vjetra, kiše i grmljavine. Uskoro na Zemlju stiže veliki svemirski brod kojim upravljaju ljudi i koji je došao po EVE. WALL*E se prošverca i uskoro saznaje da su svi ljudi koji su napustili Zemlju prije sedamsto godina i dalje pod utjecajem Buy N Large kompanije. I kada zločesta kompanija, kako bi spriječila naseljavanje, otme biljku sa Zemlje, WALL*E, EVE i ekipa pokvarenih robota organiziraju pobunu.