في 2805، تكون الأرض مغطاة بالنفايات بسبب النزعة الإستهلاكية التي سهلتها الشركة التجارية العملاقة Buy 'n' Large. في 2105، أجلت شركة BnL الأرض ونقلت السكان في سفن فضائية ضخمة إلى الفضاء، وتركت على الأرض روبوتات وول-ي (WALL-E) لتنظيف الكوكب. في النهاية، تركت BnL الفكرة وأوقفت الروبوتات، ما عدا روبوت واحد والذي طَور وعيًا ذاتيا بعد 700 سنة من العمل على سطح الأرض. يستطيع وول-ي البقاء نشطًا عبر إصلاح نفسه مستخدما قطع غيار من الروبوتات الاخرى. بعيدا عن واجباته اليومية، دائما ما يجمع قطعًا أثرية للحضارة الإنسانية بدافع الفضول ويقوم بالاحتفاظ بهم في بيته، شاحنة التخزين.
في أحد الأيام يكتشف نبتة صغيرة فيحتفظ بها. لاحقا، تهبط مركبة فضائية وتخرج إيف منها، وهي مركبة آلية متطورة أرسلتها مركبة الأكسيوم التابعة لشركة BnL للبحث عن الحياة النباتية على الأرض. يقع وول-ي في حب إيف، التي تكون عدائية تجاهه في البداية لكن تصبح صديقته في النهاية. عندما يأخذها وول-ي إلى منزله ويعرض عليها مجموعته الأثرية ترى إيف النبتة فتقوم آليا بالاحتفاظ بها في داخلها وتدخل في وضع الاستعداد انتظارا لسفينتها من اجل استعادتها. لا يفهم وول-ي لماذا توقفت إيف عن العمل فيحاول جاهدا إعادة تشغيلها، لكن لا فائدة. عندما تعود السفينة من اجل استعادة إيف، يتشبه وول-ي بهيكل السفينة مسافرا عبر الفضاء لمركبة الأكسيوم، المختفية خلف سديم.
في الأكسيوم، أصبح أحفاد ركاب المركبة الأصليين يعانون من السمنة المفرطة نتيجة الجاذبية الضئيلة واعتمادهم على النظام الآلي لتلبية جميع احتياجاتهم. قائد السفينة السادس، مكراي، يترك معظم عمليات المركبة للطيار الآلي، أوتو.
يلحق وول-ي إيف داخل جزء من الأكسيوم، حيث يكتشف القائد بأنه عند وضع النبتة داخل جهاز الفحص في المركبة من أجل التأكد من قابلية السكن في الأرض مجددا، سوف تقوم المركبة بقفزة ضوئية تجاه الأرض لكي يتمكن سكان المركبة من إعادة استعمار الأرض مرة اخرى. يأمر أوتو مساعد القائد الألي GO-4 بأن يسرق النبتة كجزء من مخطط عدم العودة، الذي أصدرته BnL لجميع الطيارين الآليين بعد أن خلصت في 2110 إلى أن كوكب الأرض لا يمكن إنقاذه.