Podczas pakowania na studia Sam Witwicky (Shia LaBeouf) odnajduje odłamek „All Spark”, wcześniej zniszczonego sześcianu, który ma zdolność ożywiania maszynowych obiektów w transformujące się roboty. Obiekt wkrótce napełnia jego głowę tajemniczymi obcymi symbolami, wielokrotnie powodując, że traci nad sobą kontrolę, gdy pośpiesznie zapisuje swoje wizje na każdej dostępnej powierzchni. W międzyczasie, wchodzący w orbitę Ziemi Deceptikon znany jako Soundwave przechwytuje rządową transmisję, która ujawnia zarówno lokalizację kolejnego odłamania All Spark, jak i miejsce spoczynku zmarłego przywódcy Deceptikonów, Megatrona. Uratowany i przywrócony do życia Megatron wraca na Marsa, gdzie spotyka The Fallen, starożytnego Decepticon, który niegdyś panował nad Ziemią wieki temu. Dopiero śmierć Optimusa Prime’a i zdobycie Matrix Leadership — miejsca spoczynku zakodowanego w symbolach, które Sam widzi — pozwolą The Fallenowi powrócić na Ziemię i zakończyć jego zadanie zniszczenia planety raz na zawsze.