Nadat Sam Witwicky is afgestudeerd, lukt het hem niet om werk te vinden en dat zet de relatie met zijn vriendin Carly onder druk. Sam ontdekt dat de NASA tijdens de eerste maanlanding in 1961 een gestrand ruimteschip heeft aangetroffen afkomstig van de planeet Cybertron, waar de moedige Autobots een bittere strijd voerden tegen de boosaardige Decepticons. Wanneer Optimus Prime, de leider van de Autobots, hoort van het ruimteschip op de maan, plant hij een missie om de waardevolle Zuilen aan boord veilig te stellen. Sam ontdekt echter dat de Decepticons hem voor zijn geweest en met de Zuilen een ruimtebrug maken die een heel leger naar de aarde brengt. Kunnen Sam en de Autobots voorkomen dat de Decepticons de mensen tot hun slaven maken?