En un futuro distante, la Tierra está desolada y cubierta de basura, dejada atrás por la humanidad después de que la contaminación y el consumo excesivo hicieran inhabitable el planeta. La única señal de vida es WALL·E (Waste Allocation Load Lifter: Earth-Class), un pequeño robot con la tarea de limpiar la basura acumulada.

Durante 700 años, WALL·E ha desarrollado una personalidad curiosa y solitaria, coleccionando objetos interesantes que encuentra entre los desechos y viendo una y otra vez una película romántica antigua, que le da una idea de lo que significa el amor y la conexión humana. Su única compañía es una cucaracha y un pequeño brote de planta que descubre entre los escombros.