Nachdem Wall-E Hunderte von Jahren brav seiner programmierten Aufgabe nachgegangen ist, entdeckt er eines Tages, dass es durchaus noch andere Dinge gibt im Leben: er trifft auf Eve. Wall-E hat noch nie ein so schlankes und wunderschönes Wesen gesehen wie Eve und ist überglücklich, mit seiner neuen Freundin seine Welt teilen zu können. Doch leider geht nichts nach Plan, denn die Menschen – in der Zwischenzeit in einem übergalaktisch überdimensioniertem Vergnügungspark im Weltall beheimatet – haben Eve darauf programmiert, den Schlüssel zur Zukunft der Erde aufzuspüren und unser liebenswerter Held Wall-E hält diesen nichtsahnend in seinen Händen. Unfreiwillig erfährt Eve von diesem Geheimnis und wird sofort von den Menschen zurückgebeamt. Wall-E muss sich schnell entscheiden und folgt spontan seiner Freundin ins Weltall, und ahnt nicht, dass da draußen ein fantastisches Weltraumspektakel auf ihn wartet. Bei seiner Suche nach Eve bleibt er nicht lange allein. Neben seinem besten Freund, der Hauskakerlake, lernt er eine aberwitzige Gang von defekten Robotern kennen, die in der Werkstatt auf Reperatur warten. Kann Wall-E seine Freundin und die Zukunft der Welt retten?