Dans un futur lointain, la Terre a été abandonnée par les humains, recouverte de déchets et devenue inhabitable. Seul reste WALL-E, un petit robot chargé de nettoyer la planète. Avec le temps, ce robot solitaire a développé une personnalité sensible et curieuse. Il passe ses journées à compacter des déchets, à collecter des objets qu’il trouve fascinants.
Un jour, l’arrivée d’un vaisseau spatial bouleverse sa routine. À son bord se trouve EVE, un robot sophistiqué envoyé pour trouver des signes de vie sur Terre. Lorsqu’il découvre une minuscule plante, EVE la récupère et se met en mode veille, remplissant ainsi sa mission.
WALL-E s’embarque dans une aventure intergalactique qui le mène jusqu’au vaisseau Axiom, où les humains vivent désormais dans la dépendance des machines. Ensemble, WALL-E et EVE vont tenter de redonner à l’humanité l’espoir d’un retour sur Terre et de lui rappeler l’importance de prendre soin de sa planète.