为了追寻能量块，威震天（雨果·维文配音）来到了地球，在北极，他受到磁场的强干扰，意外地被封冻于冰层之下。借助不慎跌入冰谷的科学家们，威震天将有关能量块的信息扫描到科学家的眼镜上。威震天被美国军方秘密转移到位于胡佛大坝地下的秘密基地，这个秘密只有历任国防部长组成的7人军事小组知道。
“霸天虎”的先遣部队眩晕和萨克巨人袭击了美军位于卡塔尔的军事基地，变形金刚的出现引起了现任国防部长的警觉，他组织一批年轻的电脑高手开始搜寻“霸天虎”的行踪。街垒（Barricade）帮助他的搭档迷乱潜入了美国总统的专机空军一号，通过电脑获悉，要想找到威震天就必须找到维特威基家族的那副眼镜，而它现在的拥有者山姆·维特维奇（希亚·拉博夫饰）由此成为了“霸天虎”的攻击目标。
山姆是一个生活并不如意的高中生，学校里没有人相信他讲述的关于这副眼镜的历史，失望之余，山姆把眼镜放到网上拍卖，但从未引起买家的兴趣。这段时间，父亲送了一辆破旧不堪的汽车给他，这辆车恰好就是“汽车人”成员大黄蜂的变形。载着山姆的大黄蜂帮助山姆交上了漂亮的女朋友米凯拉·贝恩斯（梅根·福克斯饰），但他们很快就遭遇了“霸天虎”的袭击，擎天柱（彼得·库伦配音）带着其他“汽车人”赶到，一场机器人大战由此拉开了序幕。