Kisah diawali peperangan antara Decepticons dan Autobots di planet mereka sendiri Cybertron , karena kalah jumlah,kekalahan Autobots sudah dipastikan namun salah satu kapal Autobots melarikan diri dari peperangan dan membawa kargo rahasia yang menjadi kunci dari keutuhan planet mereka Cybertron tetapi kapal tersebut dikejar dan tertembak oleh kapal Decepticons, berakibat jatuh dibulan,
Pemerintah Amerika mengetahui akan hal ini, merekapun meluncurkan pesawat Apollo 11 beserta dua awak kapal, dan mendarat dibulan untuk memeriksa. Mengetahui ada sesuatu aneh dibulan ,mereka merahasiakan atas apa yang ada dibulan hingga pemerintah AS dan NEST(oganisasi rahasia dengan anggota para Autobots dan militer AS) mengetahuinya, sampai pada akhirnya Optimus Prime dan Ironhide memeriksa ke bulan, ternyata kapal yang jatuh tsb membawa Sentinel Prime dan pilar-pilar jembatan waktu yang dibuat oleh Sentinel Prime sendiri, karena masih saudara Sentinel dibawa kebumi oleh Optimus Prime dan dibangkitkan kembali dengan Matrix of Leadership dari Optimus.
Namun itu adalah rencana Megatron yang bekerja sama dengan Sentinel Prime,yang akan membawa Cybertron kebumi dengan pilar jembatan tsb. Yang bisa menghidupkan Sentinel hanyalah Optimus Prime dengan Matrix,,dan rencana berjalan lancar,karena pilar-pilar tsb hanya bisa dikendalikan oleh Sentinel Prime,,disisi lain Sam sedang mencari pekerjaan dan ia rindu dengan Bumblebee dan pertarungan akan sengit disini.
Ketika Sam bekerja sama dengan Simmons mantan ketua Sektor 7 menyelidiki apa yang ada dibulan dan rencana Megatron dengan Sentinel Prime, mengetahui hal itu Sam menghubungi ketua NEST agar melindungi Sentinel Prime dengan maksud menjauhkannya dengan Megatron namun semua terlambat, Sentinel mengobrak abrik markas NEST untuk mencari 5 pilar yang ikut dibawa Optimus Prime bersama Sentinel Prime dari bulan ke bumi.
Setelah menemukannya ia lantas lari, dari markas, Ironhide yang diperintahkan melindungi Sentinel Prime ditembak dari belakang oleh Sentinel dan tewas. Sentinel pun melarikan diri serta menemui Megatron di tengah kolam gedung putih Sentinel membuka jembatan waktu dengan mengaktifkan 5 pilar tersebut. Jembatan terbuka, para Decepticons yang bersembunyi di bulan menuju bumi melalui jembatan tersebut dan membawa sisa pilar-pilar yang lain yang jumlah aslinya ada 100 pilar. Disini Optimus Prime serta beberapa Autobot mencegah, namun mereka kalah jumlah.
Keesokan harinya Sentinel Prime mengerahkan para Decepticons menyebarkan pilar ke seluruh dunia, membangun & menyalakan jembatan waktu yang besar untuk membawa Cybertron ke Bumi, tak kalah Megatron mengeluarkan ultimatum dengan maksud para Autobots meninggalkan Bumi yang sebenarnya adalah jebakan saja, disaat yang sama Sam terjebak musuh, pacarnya disandera, Sam juga dipakaikan jam tangan berupa robot Decepticons untuk memata-matai Optimus Prime apakah ada perlawanan dari Autobots, tapi ternyata tidak. Para Autobots menaiki pesawat meninggalkan Bumi, tetapi di tengah atmosfer, pesawat tsb ditembak oleh Starscream dan hancur, melihat itu Sam sangat sedih karena ia pikir mobil kesayangannya Bumblebee & Autobots tewas.
Tetapi dalam diri Sam tetap akan melawan Decepticons, dan menyelamatkan pacarnya,dengan bantuan prajurit NEST serta militer Amerika, di tengah pertempuran secara sembunyi-sembunyi Sam & kawannya ditembaki, pesawat kecil yang dapat dinaiki seorang Decepticons, namun para Autobots tiba-tiba muncul dan menyelamatkan mereka. Rupanya Autobot sudah membuat rencana sembunyi di roket pendorong utama pesawat dan pesawat tersebut akan jatuh jika sudah habis daya dorongnya. Autobots jatuh ke antartika dan selamat, sementara pesawat yang ditembak Starscream merupakan pesawat kosong yang tak berpenumpang. Akhirnya perang pun semakin sengit di antara mereka dan Autobot, yang bekerjasama dengan pasukan manusia berhasil membunuh banyak Decepticon terutama Barricade, Laserbeak, dan Starscream. Kemudian, Optimus berhasil menghancurkan pilar pengendali, membuat semua Decepticon yang sedang diangkut ke Bumi meledak. Tak lama, Optimus dan Sentinel pun bertarung dan Sentinel berhasil memotong lengan kanan Optimus dan hendak menghabisinya ketika Megatron menyerang dan mengalahkan Sentinel karena ia menganggap Sentinel berkhianat dan berniat mengambilalih kepemimpinan Decepticon darinya. Megatron mencoba menawarkan perdamaian dengan Optimus, namun Optimus memutuskan membunuhnya. Kemudian, Sentinel memohon Optimus menyelamatkan nyawanya. Tetapi, Optimus memutuskan mengambil meriam milik Megatron dan menghabisinya. Akhirnya, Carly dan Sam bersatu kembali dan Autobots akhirnya menerima bahwa Bumi adalah rumah baru mereka.
