텅 빈 지구에 홀로 남아 수백 년이란 시간을 외롭게 일만 하며 보내던 월-E(지구 폐기물 수거 처리용 로봇). 그런 그가 매력적인 탐사 로봇 이브와 마주친 순간, 잡동사니 수집만이 낙이던 인생에도 소중한 목표가 생긴다. 이브는 지구의 미래를 결정할 열쇠가 우연히 월-E의 손에 들어간 사실을 알게 되고, 고향별로 돌아갈 날만 애타게 기다리는 인간들에게 이를 보고하기 위해 서둘러 우주로 향한다. 한편 월-E는 이브를 뒤쫓아 은하를 가로지르며, 스크린 사상 가장 짜릿한 상상이 넘치는 어드벤처를 선사한다.