公元2805年，人類已遷離滿布垃圾的地球；約七百年前，大型企業「大賣家集團」（Buy n Large，BnL）鼓吹的無節制消費主義製造了大量垃圾，為淨化地球而協助人類遷居外太空，留下多臺環境清理用機器人「瓦力」（WALL-E）進行清掃作業。數百年後，地球只餘下一臺仍然運作的瓦力。以報廢同伴的零件進行自我維修的瓦力擁有了情緒，在打掃期間常收藏各種物品。 瓦力於一天發現了一株正在萌芽的植物，不久一臺新型探測機器人「伊芙」（EVE）降落地球進行盤查作業，瓦力對伊芙一見鍾情並向她分享其收藏品。在展示當天發現的植物時，伊芙機體內的探測儀收起植物並進入休眠狀態，瓦力未能使伊芙清醒，其後一艘太空艦前來接收伊芙，瓦力攀附在太空艦外壁隨之進入太空，到達人類居住的太空船公理號（Axiom）。