Enquanto faz as malas para a faculdade, Sam Witwicky (Shia LaBeouf) encontra um fragmento da "All Spark", o cubo previamente destruído que tem a habilidade de animar objetos mecânicos em robôs que se transformam. O objeto em breve preenche sua cabeça com símbolos alienígenas enigmáticos, fazendo-o perder o controle várias vezes enquanto rabiscava apressadamente suas visões em qualquer superfície disponível. Enquanto isso, um Decepticon conhecido como Soundwave está em órbita ao redor da Terra. Ele intercepta uma transmissão governamental que revela tanto a localização de outro fragmento da All Spark quanto o lugar onde repousa o líder falecido dos Decepticons, Megatron. Resgatado com sucesso e ressuscitado, Megatron retorna a Marte, onde se encontra com The Fallen, um antigo Decepticon que já governou a Terra há séculos. Somente a morte de Optimus Prime e a aquisição do Matrix of Leadership — seu lugar de repouso codificado nas símbolos que Sam vislumbra — permitirão que The Fallen retorne à Terra e cumpra sua missão de destruir o planeta de uma vez por todas.