故事发生在2700年，由于人类无度的破坏环境，地球此时已经成为漂浮在太空中的一个大垃圾球，人类不得已移居到太空船上，并且聘请Buynlarge公司的机器人来清除地球上的垃圾。这种机器人全称为“Waste Allocation Load Lifters -- Earth”（简称WALL• E），它们大部分都坏了，最后只剩下一个（就是本片的主角）还在日复一日的按照预定程序工作，这个小机器人喜欢收集人类的物品，最让它喜欢的是一盒录像带——芭芭拉·史翠珊主演的歌舞片《你好，多莉！》（Hello, Dolly !）！然而这种平静的生活随着一个漂亮的女搜索机器人Eve的到来而打破了，WALL•E爱上了Eve！Eve意识到WALL•E无意间已经发现了拯救地球未来的关键，于是她赶紧返回向人类报告这一消息（人类一直希望有朝一日重返地球），痴迷于Eve的WALL•E也追着她开始了一场奇特的太空历程。