Минуло багато років відтоді, як людство залишило Землю. Планета перетворилася на безкрає звалище, вкрите шарами сміття. Але тут все ще продовжує працювати маленький робот ВОЛЛ-І – один із тих роботів, кого колись створили для очищення поверхні. Колись їх тут було доволі багато, але тепер він залишився зовсім сам. Його дні майже однакові: він збирає й пресує сміття, проте інколи знаходить дивні речі, які йому подобаються.

У своєму сховищі він дбайливо зберігає знайдені предмети, які здаються йому особливими, а компанію йому складає лише маленький тарган. Все змінюється, коли на Землю прибуває сучасний розвідувальний робот ЄВА. На відміну від ВОЛЛ-І – вона створена для важливої місії й діє чітко за програмою.Коли ВОЛЛ-І випадково допомагає ЄВІ виконати її завдання в пошуку чогось живого і вона знаходить паросток рослинки – вона покидає Землю. Земний робот вирушає за нею у космос і вперше стикається з людьми.