En kæmpende opfinder ved navn Cade Yeager (Mark Wahlberg) arbejder fra sit Texas-skure og hjem, mens han forsøger at få enderne til at mødes ved at reparere gamle skrot og dynger for naboer og håber at slå sig rig med den næste store robotteknologiske opfindelse. Han gør også, hvad han kan for at passe på sin syttenårige datter Tessa (Nicola Peltz), hvis college-uddannelse afhænger af familiens ikke-eksisterende økonomi. En dag køber Cade en rusten, nedslidt lastbil og, mens han forsøger reparationer, bliver han overrasket over at opdage, at den faktisk er Optimus Prime (stemme af Peter Cullen), lederen af Autobots, som faktisk er blevet fordrevet fra menneskeheden. Verden kæmper stadig med den ødelæggelse, som Transformers har forårsaget, især i byen Chicago, og der er en dusør på deres hoveder. Cades ven Lucas (T. J. Miller) vil hellere aflevere Transformer til myndighederne, og et telefonopkald bringer en regeringens spøgelsessoldats-trupp op til overfladen for at hente den nationale sikkerheds “trussel” uden en rystende warrant. Cade, hans datter og Lucas slipper næsten væk takket være Tessa’s kæreste Shane’s (Jack Reynor) kørefærdigheder. Kvartetten, plus Prime, finder sig selv på flugt fra regeringen og dets hemmelige samarbejdspartner, en slank dusørjagende Transformer ved navn Lockdown (stemme af Mark Ryan). I mellemtiden opfinder en succesfuld robotteknologi-entreprenør ved navn Joshua Joyce (Stanley Tucci) sine egne Transformers, herunder den hurtige Stinger og den mægtige Galvatron (stemme af Frank Welker).