「WALL・E」はWaste Allocation Load Lifters - Earth（地球廃品仕分け係）の略称で、この職業が登場したのは2700年のこと。地球のゴミが爆発的に増え、星全体がほぼゴミに埋め尽くされたため、原因を作った人類は宇宙船への移住を余儀なくされ、Buynlargeという企業に地球のゴミ処理を委託した。万物が再生する時を待って、再び地球に戻って住むつもりでいた。Buynlarge社はWALL・Eと呼ばれるロボットを大量に地球に送り込んでゴミを回収させたが、WALL・Eは地球の環境に適応できず、大量に導入され、大量に故障していった。最後に残った一台のロボットだけが、日々プログラムに従って廃品を片付け続けていた。こうして数百年が過ぎ、唯一残ったWALL・Eはゴミの山から多くの人造の宝物を発掘し、次第に自我を持ち始め、孤独とは何かを理解するようになった。ある日、突然宇宙船が着陸し、女性型ロボットのイヴが地球に調査任務でやって来る。ゴミ拾いロボットはイヴに「恋」をしたが、彼は難しい選択を迫られる。イヴと共に地球を離れるべきか、それとも体に組み込まれたプログラムに従い、一生ゴミを拾い続けるべきか……