公元2700年，地球被人类破坏成了巨大的垃圾场，已无法居住。人类大规模迁移到其他星球，委托一家机器人垃圾清理公司处理后续事宜，直到地球环境系统恢复生态平衡。人类离开后，垃圾清理公司将机器人瓦力大批送往地球，并为它们设定了唯一指令——垃圾分装。但随着时间流逝，机器人相继损坏，最后仅剩下瓦力一个，仍在这个仿佛被遗忘的角落兢兢业业地工作着。几百年过去了，寂寞和孤独成了瓦力生活的主调。然而，一艘突如其来的宇宙飞船打破了这里的宁静，还带来了执行专职搜索任务的机器人伊娃。瓦力历经几百年的孤独，终于见到了另一个机器人，他感觉自己好像爱上了伊娃。伊娃经过反复搜索和精准计算，找到了地球开始复苏的证据：一株绿色植物。她通过宇宙飞船向人类报告了这一发现，并收到将绿色植物带离地球的指令——人类正竭尽全力重回地球，因此不会放过任何可能的机会。于是，瓦力追随伊娃，开启了一场穿越整个银河系、令人无比兴奋且极富想象力的奇幻之旅。