公元 2700 年，人类文明高度发展，却因污染和生活垃圾大量增加使得地球不再适于人类居住。地球人被迫乘坐飞船离开故乡，进行一次漫长无边的宇宙之旅。临行前他们委托 Buynlarge 的公司对地球垃圾进行清理，该公司开发了名为 WALL·E（地球废品分装员的缩写）的机器人担当此重任。 这些机器人按照程序日复一日、年复一年辛勤工作，但随着时间的流逝和恶劣环境的侵蚀，WALL·E 们接连损坏、停止运动。最后只有一个仍在进行这项似乎永无止境的工作。经历了漫长的岁月，它开始拥有了自己的意识。它喜欢将收集来的宝贝小心翼翼藏起，喜欢收工后看看几百年前的歌舞片，此外还有一只蟑螂朋友作伴。直到有一天，一艘来自宇宙的飞船打破了它一成不变的生活…

2020年，未来一个并不遥远的年份，整个世界已经发生了许多变化。在那个时代，人类拳击不再被允许，取而代之的是各种机器人走上了擂台，继续这项火爆的运动，愉悦大众。前拳击手查理·肯顿（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）似乎并不那么落寞，他很快适应了时代的发展，带着经过训练的机器人一次次走上拳台。但是倒霉事接二连三，他先是意外落败，债台高筑，继而接到前女友突然过世的消息，并见到了从未谋过面的儿子——11岁男孩麦克斯（达科塔·高尤 Dakota Goyo 饰）。
一次意外，让麦克斯遇到了一台业已被淘汰的陪练机器人Atom。在麦克斯的坚持下，查理同意让Atom参加比赛，却意外发现这台“废物”不仅抗打，而且拥有搏斗的潜质与天赋。肯顿父子和他们的机器人由此踏上新的征途……