Di masa depan di mana robot adalah hal biasa, Sam adalah mekanik taman hiburan rendahan di taman hiburan robot bernama RoboWorld di New York. Dia jatuh cinta dengan pacarnya dan kekasih masa kecilnya Sue Widdington (yang bekerja sebagai reporter untuk berita saluran enam) dan ingin melamarnya dengan cara yang spektakuler dengan cincin bling di Hari Valentine mendatang. Dia tinggal bersama 3 robot yang dia buat yaitu Kit, Okra dan Wilmer yang semuanya ingin menjadi superhero populer. Setelah membeli cincin pertunangan mahal untuk Sue, Sam dan ketiganya menyaksikan perampokan cincin mahal lainnya oleh penjahat super terkenal Oscar dan antek robotnya, Victor. Rupanya Oscar tergila-gila pada Walikota Catherine yang merupakan bibi Sue yang tidak mencintainya. Dia memaksanya untuk menerima lamarannya di kantornya tetapi ketika tidak berhasil, dia melarikan diri dengan bantuan Victor. Sam membuat rencana spektakuler lainnya untuk melamar Sue saat parade Hari Valentine. Oscar membuat rencana untuk memaksa Catherine menerima lamarannya dengan menciptakan robot raksasa (yang memiliki kepala mirip miliknya) terbuat dari robot kecil yang menyamar sebagai ATM yang akan menghancurkan kota jika dia tidak menerima lamarannya. Dia mengubah cincin yang dia curi menjadi remote control untuk semua robotnya termasuk Victor. Setelah menanam robot sebagai ATM di RoboWorld, dia dan Oscar bertemu Sam dan Sam salah mengira cincin Oscar sebagai miliknya dan mencoba mengambilnya tanpa mengetahui bahwa cincinnya sendiri ada di sakunya. Victor mengambil cincin itu dan kedua penjahat super itu pergi. Sam dan teman-temannya mengejar mereka masih yakin bahwa Oscar mengambil cincin Sue. Pengejaran tersebut mengarah ke konfrontasi berbahaya dengan Victor dan berakhir dengan antek robot yang membahayakan bus sekolah di Cloud Road dan kabur dengan membawa ring. Sam dan teman-temannya menyelamatkan bus dan dipuji sebagai pahlawan. Mereka melacak Victor ke sarang Oscar dan mencuri cincin itu hanya agar mereka menghadapi robot Victor dan Oscar dalam konfrontasi mematikan. Selama pertarungan, teman Sam menyadari bahwa cincin itu milik Oscar namun memutuskan untuk membantu Sam melarikan diri agar dia bisa melamar Sue. Sam lolos untuk mengajukan tuntutan hanya untuk mengetahui bahwa cincin itu adalah milik Oscar. Dia berhenti dan Sue menjadi kecewa padanya karena tidak bisa melamar dan berjalan pergi. Merasa sedih, Sam pergi dengan sedih. sementara itu, Victor menemukan cincin Sam dan memberikannya kepada Oscar dan mereka berdua berangkat ke parade Hari Valentine dengan pasukan robot. Dalam perjalanan, Victor menemukan bahwa Oscar tidak pernah benar-benar peduli padanya dan hanya menjadi penjahat karena Catherine, jadi dia memberontak melawannya hanya untuk dipecat dan diusir oleh Oscar. Merasa dikhianati, Victor berjanji membalas dendam dan bertemu Sam yang memberinya cincin Oscar dengan sedih. Di Parade, Catherine diwawancarai oleh Sue dan Oscar muncul dan merakit robot raksasanya dan menemukan bahwa cincin yang diberikan kepadanya oleh Victor adalah milik Sam. Victor muncul dan menyatakan dia akan menghancurkan kota dan dia tidak lagi bekerja untuk Oscar. Dia naik ke robot raksasa dan menggunakan cincin Oscar untuk mengendalikannya. Sue menginspirasi Sam di TV untuk menyelamatkan kota dan dia serta teman-temannya bergegas mengalahkan Victor. Setelah pertarungan hebat, Sam memberi tahu Sue betapa dia mencintainya dan membuat rencana besar untuk mengalahkan Victor dan robot raksasa. Dengan bantuan robot di RoboWorld dan teman-temannya, Victor dan robot raksasa tersebut akhirnya dikalahkan. Oscar dikirim ke penjara tetapi sebelumnya dia memberi tahu Catherine bahwa dia menjadi penjahat untuk membuatnya terkesan. Catherine yang tidak pernah terlalu menyukai Sam mengatakan kepadanya bahwa dia akhirnya menjadi pria hebat yang layak bagi Sue. Akhirnya, Sam melamar Sue dengan cincin buatan tangannya sendiri dan dia menjawab ya, memberikan akhir yang bahagia pada film tersebut.