ปี 2700 โลกถูกปกคลุมไปด้วยขยะและมลพิษ จนมนุษย์ต้องอพยพไปอาศัยอยู่บนสถานีอวกาศนอกโลก และพวกเขาได้ลืมปิดสวิตช์หุ่นยนตร์ตัวสุดท้ายที่อยู่บนโลก ร้อยปีแห่งความโดดเดี่ยวของภาระกิจที่เขาถูกสร้างมาโดยเฉพาะ ซึ่งก็คือการเก็บกวาดโลก วอลล์-อี (ซึ่งชื่อของเขาย่อมาจาก Waste Allocation Load Lifter - Earth class ผู้เก็บกวาดและจัดเก็บขยะบนโลก) ได้ค้นพบเป้าหมายใหม่ในชีวิต (นอกเหนือจากการสะสมของจุกจิก) เมื่อเขาได้เจอกับหุ่นยนต์สำรวจสาวแสนแวววับชื่อ อีฟ ที่ถูกส่งมายังโลกเพื่อค้นหาสัญญาณของสิ่งมีชีวิต วอลล์-อี ตกหลุมรักเธอโดยทันที แต่หลังภาระกิจเสร็จสิ้น อีฟก็ถูกส่งตัวกลับไปทันที วอลล์-อีจึงต้องละทิ้งโลกใบเดียวที่เขามี สู่ห้วงอวกาศอันเวิ้งว้าง เพื่อตามหาสิ่งที่เขาเรียกว่า “รัก”  การเดินทางสู่ห้วงอวกาศของเขาและอีฟ ทำให้เกิดการผจญภัยเหนือจินตนาการ เรื่องราวที่น่าตื่นเต้น โดยมีความลับของอนาคตโลกเป็นปริศนา มีความรักและมิตรถาพเป็นแรงผลักดัน
นอกจาก วอลล์-อีแล้ว ยังมีผู้ร่วมเดินทางผจญภัยข้ามห้วงกาแลคซี่เหนือจินตนาการไปด้วยกันกับเขาก็คือเหล่าคาแรกเตอร์สุดฮา ไม่ว่าจะเป็นแมลงสาบที่เป็นสัตว์เลี้ยงของเขา และเหล่าหุ่นยนต์หมดสภาพอีกนับสิบ