Qui aurait pensé qu’un projet gouvernemental puisse être bâti autour de motifs secrets et ulteriores ? Il s’avère que ce fut exactement le cas dans la course spatiale. En apprenant qu’un mystérieux vaisseau extraterrestre s’est écrasé sur la lune, le président John F. Kennedy ordonna aux astronautes américains d’atteindre la surface du corps céleste avant que les Soviétiques ne fassent de même. Peu après, les astronautes Neil Armstrong et Buzz Aldrin découvrent les restes du véhicule et plusieurs occupants robotiques massifs. Des années plus tard, de retour sur Terre, les Autobots, dirigés par Optimus Prime (Peter Cullen), servent de Guerriers protégeant l’humanité de son plus dangereux ennemi: elle-même. Ils sont convoqués dans les ruines radioactives de Tchernobyl pour enquêter sur la présence présumée de technologies extraterrestres. Là, ils trouvent des preuves de l’ancien vaisseau cybertronien connu sous le nom d’Ark, qui transportait une précieuse cargaison: à la fois l’ancien chef Autobot Sentinel Prime et plusieurs « piliers » électroniques qui devaient servir de passerelle entre Cybertron et un autre monde. Les Transformers se rendent sur la lune et récupèrent à la fois leur chef et les piliers, mais dans l’ombre, à l’affût de chaque mouvement et anticipant les actions des Autobots, se trouvent les Decepticons, dirigés par le battu Megatron (Hugo Weaving), qui préparent à nouveau un coup pour prendre le contrôle de la Terre. Pendant ce temps, le diplômé récent Sam Witwicky (Shia LaBeouf) a une nouvelle petite amie, Carly (Rosie Huntington-Whiteley), mais pas un nouvel emploi. Malgré sa familiarité avec les Autobots et son statut de héros, il ne parvient pas à trouver du travail et, pour aggraver les choses, ses parents (Julie White et Kevin Dunn) viennent en ville et ne manqueront pas de le réprimander pour son manque d’emploi. Heureusement, Carly a plaidé la cause de Sam, et son patron Dylan Gould (Patrick Dempsey) est tout à fait prêt à l’employer. Mais il n’y a jamais un moment d’ennui dans la vie de Sam Witwicky, et il se trouve que la récente découverte Autobot de leur ancien chef et des piliers radicalement avancés — sans parler de quelques autres surprises qui arrivent sur le chemin de Sam — pourraient bien se mêler à un complot malveillant qui pourrait signer la fin de l’humanité.