汽车人和霸天虎连年不断的战争，给地球带来了莫大的伤害。为此，地球各国联合成立反应部队，针对变形金刚无论正邪一律绞杀。与擎天柱交往甚密的地球人凯德•伊格尔（马克·沃尔伯格 Mark Wahlberg 饰）不顾身边人的反对和政府的压力，以一己之力为大黄蜂、钢锁等汽车人提供庇护场所，期间他无意得到一枚徽章，从而将危机引向自身。失踪的擎天柱飘回赛博坦，被变形金刚的创造者昆塔沙捕获并黑化，命令他返回地球寻找至高无上的权杖，毁灭地球，复兴赛博坦。与此同时，威震天和地球政府达成协议，彼此联合追寻凯德及其盟友的踪迹，其目标同样是曾属于魔法师梅林的权杖。
军方和汽车人的秘密合作计划面临被取消的危险，而重新复活的威震天和红蜘蛛引领霸天虎军队，密谋夺取能量源，企图在地球掀起又一场腥风血雨。
此时主人公萨姆（希安·拉博夫 Shia LaBeouf 饰）告别相恋的女友米凯拉（梅根·福克斯 Megan Fox 饰），要开始自己梦寐以求的大学生活了，但一切似乎都不那么顺利，一块小小的魔方碎片似乎在给予萨姆某种启示。为了获取魔方里的信息，霸天虎开始了对萨姆的追击，擎天柱为了保护萨姆而牺牲，萨姆受其感召，决定重新担负起自己的使命。
萨姆在自己室友里奥（雷蒙·罗德里格斯 Ramon Rodriguez 饰）和“机器战士”西蒙斯（约翰·托尔托罗
John Turturro 饰）的帮助下，与女友米凯拉根据魔方碎片给萨姆的提示来到了埃及，他们在金字塔里发现了能量源。而此时，霸天虎的军队也赶到了埃及。军方此时有一小队人马也在西荤斯的要求下带着擎天柱的尸体来到了埃及，善恶双方力量在那片金色的沙漠展开了殊死搏斗。
