Ein verhaltener Erfinder namens Cade Yeager (Mark Wahlberg) arbeitet in seiner texanischen Garage und zu Hause daran, über die Runden zu kommen, indem er Kleinteile für Nachbarn repariert und hofft, mit der nächsten großen Roboter-Innovation reich zu werden. Er tut auch, was er kann, um auf seine siebzehnjährige Tochter Tessa (Nicola Peltz) aufzupassen, deren College-Ausbildung von den inexistierenden Finanzen der Familie abhängt. Eines Tages kauft Cade einen rostigen, abgewrackten Truck und versucht, ihn zu reparieren, und ist überrascht zu entdecken, dass es sich tatsächlich um Optimus Prime (vertont von Peter Cullen) handelt, den Anführer der Autobots, der faktisch von der Menschheit verbannt wurde. Die Welt befindet sich noch im Aufruhr von der Zerstörung, die die Transformer angerichtet haben, insbesondere in der Stadt Chicago, und es gibt eine Belohnung auf ihren Köpfen. Cades Freund Lucas (T. J. Miller) würde es vorziehen, den Transformer auszuliefern, und ein Anruf führt zur Ankunft einer Regierungsspitze, die die nationale Sicherheitsbedrohung ohne Durchsuchungsbefehl bergen soll. Cade, seine Tochter und Lucas entkommen knapp dank der Fahrkünste von Tessas Freund Shane (Jack Reynor). Die Vier plus Prime befinden sich auf der Flucht vor der Regierung und ihrem geheimen Mitstreiter, einem eleganten Kopfgeldjäger-Transformer namens Lockdown (vertont von Mark Ryan). Unterdessen entwickelt ein erfolgreicher Robotik-Unternehmer namens Joshua Joyce (Stanley Tucci) seine eigenen Transformer, darunter der schnelle Stinger und der mächtige Galvatron (vertont von Frank Welker).