En streversk oppfinner ved navn Cade Yeager (Mark Wahlberg) arbeider fra sin Texas-skur og hjem, og prøver å få ends me ut av å reparere småting og gudbrand hos naboer, i håp om å slå seg rik med neste store robotløsningsidé. Han passer også på sin sytten år gamle datter Tessa (Nicola Peltz), hvis universitetsutdannelse avhenger av familiens ikke-eksisterende økonomi. En dag kjøper Cade en rusten, forfallen bil, og mens han prøver å reparere den, blir han overrasket over å oppdage at den faktisk er Optimus Prime (stemme: Peter Cullen), lederen for Autobots som har blitt effektivt eksilert fra menneskeheten. Verden gjenlyder fortsatt av ødeleggelsen Transformers har forårsaket, særlig i byen Chicago, og det er en pris på deres hoder. Cades kompis Lucas (T. J. Miller) heller mot å levere Transformers-en, og en telefonsamtale fører til ankomst av en statlig ekspertråd som er ute etter nasjonal sikkerhetens "trussel" uten en ransakelsesordre. Cade, hans datter og Lucas klarer så vidt å unnslippe takket være kjøreførigheten til Tessas kjæreste Shane (Jack Reynor). Firekløveret, pluss Prime, finner seg på flukt fra regjeringen og dens hemmelige samarbeidspartner, en slank prisjeger-Transformer ved navn Lockdown (stemme: Mark Ryan). I mellomtiden er en suksessrik robotikerentreprenør ved navn Joshua Joyce (Stanley Tucci) i ferd med å oppfinne sine egne Transformers, inkludert den lynraske Stinger og den mektige Galvatron (stemme: Frank Welker).