Chi avrebbe mai detto che un progetto governativo potesse essere costruito attorno a motivazioni segrete e occulte? Si scopre che proprio questo è avvenuto nella corsa allo spazio. Appresa la notizia che un misterioso veicolo alieno è atterrato sulla luna, il presidente John F. Kennedy ordina agli astronauti americani di raggiungere la superficie del corpo celeste prima che possano farlo i Sovietici. Ben presto, gli astronauti Neil Armstrong e Buzz Aldrin scoprono i resti del veicolo e di numerosi enormi occupanti robotici. Anni dopo, di ritorno sulla Terra, gli Autobot, guidati da Optimus Prime (Peter Cullen), diventano guerrieri al servizio della difesa dell’umanità dal suo nemico più pericoloso: se stessi. Sono chiamati tra le rovine radioattive di Chernobyl per indagare la presunta presenza di tecnologia aliena. Lì trovano prove della antica astronave Cybertroniana nota come l’Arca, che trasportava un carico prezioso: sia l’ex leader degli Autobot Sentinel Prime sia diverse “pilas” elettroniche che dovevano fungere da portale tra Cybertron e un altro mondo. I Transformers si spostano sulla Luna e recuperano sia il loro leader sia le pilas, ma nell’ombra, osservando ogni mossa e anticipando le azioni degli Autobot, ci sono i Decepticon, guidati dallo sfiancato Megatron (Hugo Weaving), che tramano ancora per prendere il controllo della Terra. Nel frattempo, il neo-diplomato Sam Witwicky (Shia LaBeouf) ha una nuova ragazza, Carly (Rosie Huntington-Whiteley), ma non un nuovo lavoro. Nonostante la sua familiarità con gli Autobot e il suo status di eroe, non riesce a trovare lavoro e, a complicare ulteriormente le cose, i suoi genitori (Julie White e Kevin Dunn) stanno per arrivare in città e sono sicuri di rimproverarlo per la sua mancanza di impiego. Fortunatamente, Carly è pronta a parlare bene di Sam, e il suo capo Dylan Gould (Patrick Dempsey) è tutto troppo felice di assumerlo. Ma non c’è mai un momento noioso nella vita di Sam Witwicky, e non a caso la recente scoperta degli Autobot del loro ex leader e delle pilas estremamente avanzate — senza contare altre sorprese che Sam incontrerà — potrebbero inserirsi in un piano diabolico che potrebbe segnare la fine dell’umanità.