Kto by pomyślał, że projekt rządowy może być zbudowany wokół sekretów i ukrytych motywów? Okazuje się, że tak właśnie było w wyścigu kosmicznym. Po tym, jak dowiedziano się, że tajemniczy obcy pojazd rozbił się na Księżycu, prezydent John F. Kennedy rozkazał amerykańskim astronautom dotarcie na powierzchnię tego niebiańskiego ciała, zanim zrobią to Sowieci. Wkrótce astronauci Neil Armstrong i Buzz Aldrin odkrywają szczątki pojazdu i kilku masywnych, robotycznych mieszkańców. Lata później, z powrotem na Ziemi, Autoboty, dowodzone przez Optimus Prime (Peter Cullen), służą jako wojownicy broniący ludzkości przed jej najgroźniejszym wrogiem: samą sobą. Zostają wezwani w radioactive ruiny Czarnobyla, aby zbadać podejrzaną obecność obcej technologii. Tam znajdują dowody na starożytny Cybertronian statek zwany Arką, która zawierała cenny ładunek: zarówno dawnego przywódcę Autobotów Sentinel Prime’a, jak i kilka elektronicznych „filarów”, które miały służyć jako brama między Cybertronen a innym światem. Transformers wracają na Księżyc i odzyskują zarówno swojego przywódcę, jak i filary, ale w cieniu czają się Decepticoni, prowadzeni przez okaleczonego Megatrona (Hugo Weaving), którzy ponownie knują, by przejąć kontrolę nad Ziemią. Tymczasem świeżo upieczony absolwent Sam Witwicky (Shia LaBeouf) ma nową dziewczynę, Carly (Rosie Huntington-Whiteley), ale nie nową pracę. Pomimo znajomości z Autobotami i statusu bohatera, nie może znaleźć pracy, a co gorsza, jego rodzice (Julie White i Kevin Dunn) przyjeżdżają do miasta i z pewnością skrytykują jego brak zatrudnienia. Na szczęście Carly wyprasza dla Sama dobre słowo, a jej szef Dylan Gould (Patrick Dempsey) z radością go zatrudnia. Ale w życiu Sama Witwicky nie ma nudy, i faktycznie niedawne odkrycie Autobotów ich dawnego przywódcy i radykalnie zaawansowanych filarów — nie wspominając o kilku innych niespodziankach, które czekają Sama — mogą się okazać elementem podstępnego spisku, który może oznaczać koniec ludzkości.