Los Autobots Bumblebee, Ratchet, Ironhide y Sideswipe, encabezados por Optimus Prime, vuelven a la acción, enfrentándose a los malvados Decepticons, quienes están determinados a ajustar cuentas por su derrota en Transformers 2: La Venganza de los Caídos de 2009. En esta nueva película, los Autobots y los Decepticons se involucran en la peligrosa carrera espacial entre los Estados Unidos y Rusia, y una vez más el humano Sam Witwicky tendrá que llegar al rescate de sus amigos robots. También hay nuevos personajes, incluyendo a un nuevo villano, que toma la forma de Shockwave, y que es un viejo conocido de los Transformers que reina en Cybertron mientras los Autobots y Decepticons luchan en la Tierra.