Los Autobots ayudan a los militares estadounidenses en la prevención de conflictos mundiales, mientras que no hay noticias de los Decepticons. Cuando en una misión a Chernobyl (Ucrania) Optimus Prime encuentra el motor del Arca -una nave de Cybertron que alberga un objeto capaz de terminar la guerra en su planeta-, descubre que ésta se estrelló en la Luna y que allí puede estar su antiguo líder: Sentinel.
Mientras tanto, Sam (Shia LaBeouf) ha acabado la universidad y vive junto a su nueva novia Carly (Rosie Huntington Whiteley). Cuando por fin consigue trabajo a las órdenes de Bruce Brazos (John Malkovich), gracias a la recomendación del jefe de Carly (Patrick Dempsey), descubre que los Decepticons están asesinado a astronautas que tuvieron algo que ver con la carrera espacial de los 60 y que descubrieron el Arca. Ahora, con la ayuda del recién multimillonario Seymour Simmons (John Turturro), Sam deberá avisar a los militares de la llegada de sus peores enemigos...
