Действие разворачивается в далеком будущем, когда люди покинули Землю, а некогда процветающая планета превратилась в гигантскую свалку. В центре сюжета находится ВАЛЛ-И — санитарный робот, живущий на заброшенной планете в гордом одиночестве, который собрал коллекцию различных вещей — от зажигалок до старой модели iPod. Однажды на Землю прилетает космический корабль и оставляет на планете красивый и современный зонд по имени ЕВА, чтобы найти живое растение, за которым ухаживает ВАЛЛ-И. Довольно скоро главный персонаж без памяти влюбляется в ЕВУ, после чего начинаются их грандиозные космические приключения…