Wer hätte gedacht, dass ein Regierungsprojekt um geheime und ulterior Motive gebaut werden könnte? Wie sich herausstellt, war dem Space Race genau dies der Fall. Nachdem erfahren wurde, dass ein mysteriöses außerirdisches Fahrzeug auf dem Mond abgestürzt war, befahl Präsident John F. Kennedy den amerikanischen Astronauten, so schnell wie möglich die Oberfläche dieses Himmelskörpers zu erreichen, bevor es die Sowjets tun konnten. Bald entdecken Astronauten Neil Armstrong und Buzz Aldrin die Reste des Fahrzeugs und mehrere riesige robotische Insassen. Jahre später, wieder auf der Erde, dienen die Autobots unter Führung von Optimus Prime (Peter Cullen) als Krieger, die die Menschheit vor ihrem gefährlichsten Feind verteidigen: sich selbst. Sie werden zu den radioaktiven Ruinen von Tschernobyl gerufen, um das vermutete Vorhandensein außerirdischer Technologie zu untersuchen. Dort finden sie Belege für das uralte Cybertronian-Schiff, bekannt als der Ark, der wertvolle Fracht trug: sowohl den ehemaligen Autobot-Führer Sentinel Prime als auch mehrere elektronische „Säulen“, die als Tor zwischen Cybertron und einer anderen Welt dienen sollten. Die Transformers reisen zum Mond und holen sowohl ihren Anführer als auch die Säulen zurück, doch im Schatten lauern die Decepticons, angeführt von dem gezeichneten Megatron (Hugo Weaving), die erneut darauf aus sind, die Kontrolle über die Erde zu übernehmen. Unterdessen hat der frischgebackene Hochschulabsolvent Sam Witwicky (Shia LaBeouf) eine neue Freundin, Carly (Rosie Huntington-Whiteley), aber keinen neuen Job. Trotz seiner Vertrautheit mit den Autobots und seinem Heldenstatus kann er keine Arbeit finden und dazu kommt, dass seine Eltern (Julie White und Kevin Dunn) in die Stadt kommen und sicher mit seinem Arbeitsmangel tadeln werden. Glücklicherweise hat Carly sich für Sam eingesetzt, und ihr Chef Dylan Gould (Patrick Dempsey) freut sich, ihn zu beschäftigen. Doch im Leben von Sam Witwicky gibt es nie einen langweiligen Moment, und sicher ist, dass die jüngste Autobot-Entdeckung ihres ehemaligen Führers und die radikal fortschrittlichen Säulen — ganz zu schweigen von einigen weiteren Überraschungen, die Sam treffen werden — sich zu einer hinterhältigen Verschwörung verdichten könnten, die das Ende der Menschheit bedeuten könnte.