В бескрайней тишине заброшенного мегаполиса, среди бесчисленных башен спрессованного хлама, методично трудится один-единственный неутомимый работник. Это ВАЛЛ·И - последний робот-мусорщик на покинутой человечеством Земле. Его дни, наполненные ритмичным грохотом прессовки и коллекционированием загадочных безделушек, проходят в размеренном однообразии, под аккомпанемент старой кассеты с мюзиклом. Он и не подозревает, что его рутинное существование вот-вот перевернется с ног на голову с появлением гладкого, стремительного разведчика с далеких звезд - робота ЕВЫ, чья миссия может таить ключ к будущему планеты.

Эта неожиданная встреча вырывает маленького трудягу из пыльных руин его дома и забрасывает в эпицентр головокружительных приключений на борту гигантского космического лайнера «Аксиома», где человечество уже много веков существует в искусственной, лишенной забот идиллии. Среди сияющих палуб и потерявших связь с реальностью потомков землян, наивное любопытство и трогательная преданность ВАЛЛ·И становятся тихой революцией. Его простое желание держаться за руку и забота о хрупком растении, случайно попавшем в металлические лапы, бросают вызов устоявшемуся порядку вещей, постепенно пробуждая в обитателях корабля давно забытые чувства и инстинкты, заложенные далекими предками на голубой планете, которую они когда-то называли домом.