Події розгортаються в далекому майбутньому, коли люди покинули Землю, а колись процвітаюча планета перетворилася на гігантське звалище. У центрі сюжету перебуває ВОЛЛ-І — санітарний робот, який живе на занедбаній планеті наодинці, зібравши колекцію різних речей — від запальничок до старої моделі iPod. Одного разу на Землю прилітає космічний корабель і залишає на планеті красивий і сучасний зонд на ім'я ЄВА, щоб знайти живу рослину, яку доглядає ВОЛЛ-І. Незабаром ВОЛЛ-І до нестями закохується в ЄВУ, після чого починаються їхні грандіозні космічні пригоди.