Kuka arveli, että hallituksen projektia voitaisiin rakentaa salaisiin ja piilotettuihin motiiveihin? Kävi ilmi, että juuri näin kävi avaruuskilpailussa. Kun selvisi, että salaperäinen avaruusalus oli törmännyt kuuhun, presidentti John F. Kennedy käski amerikkalaisten astronauttien laskeutua kyseisen taivaan kappaleen pinnalle ennen kuin neuvostoliittolaiset voisivat tehdä samoin. Pian astronautit Neil Armstrong ja Buzz Aldrin löytävät alusjäämiä ja useita massiivisia robottivieraita. Vuosia myöhemmin, Maassa, Autobotit, Optimus Prime (Peter Cullen) johtamana, palvelevat maailmankuuluna soturina ihmisyyden edessä sen suurinta vihollista: itseään. Heidät kutsutaan radioaktiivisiin Chernobylin raunioihin tutkimaan epäiltyä avaruusteknologian olemassaoloa. Siellä he löytävät todisteita muinaisen Cybertronian aluksen, nimeltä Ark, joka kantoi kallisarvoista lastia: sekä entinen Autobotin johtaja Sentinel Prime että useita elektronisia "Pilar" jotka piti toimia Cybertronin ja toisen maailman välisen portaalin kaltaisena reitittäjänä. Transformers matkustavat kuuhun ja nappaavat sekä oman johtajansa että pilarit, mutta varjossa seuraa joka liikkeen, ja jokaisen Autobotin tekojen eteenpäin suunnittelee Decepticonit, joilla on maksullinen Megatron (Hugo Weaving) murskattu, ja jotka ovat jälleen suunnittelemassa Hallita Maata. Sillä välin, vastavalmistunut yliopisto-opiskelija Sam Witwicky (Shia LaBeouf) saa uuden tyttöystävän Carlyn (Rosie Huntington-Whiteley), mutta ei uutta työtä. Huolimatta hänen tuttavuudestaan Autoboteihin ja sankarittensa asemaan, hän ei löydä töitä ja vielä pahentaa tilannetta, kun hänen vanhempansa (Julie White ja Kevin Dunn) saapuvat kaupunkiin ja ovat varmasti aiheuttamassa muistutuksia hänen työttömyydestään. Onneksi Carly on suositellut Samille hyvän sanan, ja hänen pomonsa Dylan Gould (Patrick Dempsey) on iloinen ottaakseen hänet töihin. Mutta Sam Witwickylla ei ole koskaan tylsää hetkeä elämässään, ja totta kai viime aikoina Autobotin löytö heidän entisestä johtajastaan ja radikaalisti kehittyneistä pilarityypeistä – sekä monia muita Samin suuntaan odottavia yllätyksiä – voivat kääntyä juonitteluksi, joka voisi koitua ihmiskunnan lopuksi.