《機器人總動員》講述了在公元2700年的時候，地球已經面目全非了。被人類毫無節制的使用資源，而且肆無忌憚的製造垃圾，並且還不處理掉。
最後地球被禍害成一個巨大的垃圾場，已經沒有人居住了。人類都大舉的遷移到了別的適合人類生存的星球了，人類委託了一家機器人清理公司對地球上的垃圾進行善後，直到把地球的生態環境恢復到平衡的狀態。
在人類離開之後，機器人清理公司派了機器人瓦力分批的去往地球，並且給他們只輸入了一個指令，那就是垃圾分裝。但是隨着時間的流逝，機器人們一個個接着損壞掉，就這樣幾百年過去了，地球上就剩下了一個瓦力機器人，似乎被遺忘在了這裏，但是它還是勤勤懇懇的執行着自己的使命。直到有一天，有一艘宇宙飛船落在了地球。
在飛船上下來的是專職搜索的機器人伊娃，當瓦力經歷了幾百年的孤獨之後，終於見到了另一個機器人。他覺得自己好像愛上她了，伊娃在經過了精確的計算之後，數據顯示瓦力很可能是關乎着地球未來能不能恢復的關鍵。
於是，她通過宇宙飛船將自己的發現報告給人類，之後，伊娃收到了將瓦力帶離地球的指令。而人類這邊也正想盡辦法重回地球，所以他們不會放棄任何可能的機會。於是瓦力追隨着伊娃，展開了一次穿越整個銀河系的奇幻旅程。
