1、為瞭追尋能量塊，威震天（雨果·維文配音）來到瞭地球，在北極，他受到磁場的強幹擾，意外地被封凍於冰層之下。借助不慎跌入冰谷的科學傢們，威震天將有關能量塊的信息掃描到科學傢的眼鏡上。威震天被美國軍方秘密轉移到位於胡佛大壩地下的秘密基地，這個秘密隻有歷任國防部長組成的7人軍事小組知道。
2、“霸天虎”的先遣部隊旋風和毒蠍襲擊瞭美軍位於卡塔爾的軍事基地，變形金剛的再次出現引起瞭現任國防部長的警覺，他組織一批年輕的電腦高手開始搜尋“霸天虎”的行蹤。與此同時，路障幫助他的搭檔迷亂潛入瞭美國總統的專機空軍一號，通過電腦獲悉，要想找到威震天就必須找到維特威基傢族的那副眼鏡，而它現在的擁有者山姆·維特維奇（希亞·拉博夫飾）由此成為瞭“霸天虎”的攻擊目標。山姆是一個生活並不如意的高中生，學校裡沒有人相信他講述的關於這副眼鏡的歷史，失望之餘，山姆把眼鏡放到網上拍賣，但從未引起買傢的興趣。這段時間，父親送瞭一輛破舊不堪的汽車給他，這輛車恰好就是“汽車人”成員大黃蜂的變形。載著山姆的大黃蜂幫助山姆交上瞭漂亮的女朋友米凱拉·貝恩斯（梅根·福克斯飾），但他們很快就遭遇瞭“霸天虎”的襲擊，擎天柱（彼得·庫倫配音）帶著其他“汽車人”趕到，一場機器人大戰由此拉開瞭序幕。
3、擎天柱告訴山姆，邪惡的威震天企圖借助能量塊的輻射能把地球上所有的東西都變成“霸天虎”部隊的一員，由此打敗“汽車人”，進而統治整個宇宙，而毀掉能量塊的方法就是將它插入擎天柱的心臟。作為堅決捍衛宇宙和平的汽車人的首領，擎天柱已經做好犧牲自己的準備。狡猾的迷亂變成瞭山姆女友的手機，進入瞭胡佛大壩下面的秘密基地，在釋放威震天的同時，也將這個情報發送回“霸天虎”的總部。紅蜘蛛帶著其他的“霸天虎”成員吵鬧、襲擊、路障、旋風等迅速趕往胡佛大壩，與威震天會合。緊要關頭，大黃蜂也向擎天柱發出增援的信息，爵士、鐵皮、救護車在擎天柱的帶領下，準備與“霸天虎”展開一場大戰。
4、在人類軍隊的配合下，山姆在千鈞一發的關頭將能量塊插入瞭威震天的心臟，而爵士卻在這場戰役中不幸犧牲，山姆的好朋友大黃蜂也被重創。威震天的機械軀體被沉入海底，破損的能量塊也回到瞭擎天柱的手中，然而故事卻沒有結束，臨陣脫逃的紅蜘蛛飛回瞭塞伯坦星球，他將和其他“霸天虎”重新集結，伺機重新殺回地球，與“汽車人”再戰一場。
