En kämpande uppfinnare vid namn Cade Yeager (Mark Wahlberg) arbetar ur sin Texas-skjul och sitt hem, och försöker få endorna att gå ihop genom att reparera småskruvar och strykningar åt grannar samt hoppas bli rik på nästa stora robotikuppfinning. Han gör också vad han kan för att se upp för sin sjuttonåriga dotter Tessa (Nicola Peltz), vars collegeutbildning beror på familjens obefintliga ekonomi. Cade köper en rostig, sliten bil en dag och, medan han försöker laga den, blir han förvånad över att upptäcka att den faktiskt är Optimus Prime (röst av Peter Cullen), ledaren för Autobots som i praktiken varit exil från mänskligheten. Världen står fortfarande i chock efter förstörelsen som Transformers har orsakat, särskilt i staden Chicago, och det utfärdas en belöning för deras huvud. Cades vän Lucas (T. J. Miller) skulle hellre lämna in Transformer än att hjälpa den, och ett telefonsamtal leder till ankomsten av ett regeringssverkets spook-skvad för att hämta det nationella säkerhetshotet utan warrant. Cade, hans dotter och Lucas undkommer knappt tack vare Tessas pojkvän Shanes (Jack Reynor) körförmåga. Fyrklövern, plus Prime, befinner sig på flykt från regeringen och dess hemliga samarbetspartner, en slank prisjägande Transformer vid namn Lockdown (röst av Mark Ryan). Under tiden uppfinner en framgångsrik robotikentreprenör vid namn Joshua Joyce (Stanley Tucci) sina egna Transformers, inklusive den snabba Stinger och den mäktiga Galvatron (röst av Frank Welker).