序幕
All Spark(能量火種)創造了最早的13個變形金剛，他們就是“ThePrimes(至尊金剛)”，為了獲取更多的能量，這群變形金剛發明了“Matrix ofLeadership(領袖心臟)”，它可以用來驅動一種從行星吸取能量的裝置(就是生產Energon/能量塊的裝置)。 “ThePrimes”們在茫茫宇宙中到處尋找可以為他們提供能量的行星，但他們也共同發誓：如果那顆行星周圍有生命的存在，他們就不會對那顆行星下手。
“The Primes”們來到地球，見到了早期的人類，他們被人當作了神靈。降臨者.科倫(TheFallen)想要把領導模塊據為己有，於是他選擇背叛誓言。另外12個變形金剛為了不讓他得逞把領袖心臟藏在了一個墓穴中。科倫殺死同胞後沒有停止尋找，只有“The Primes”最後倖存的後代“柯柏文(Optimus Prime)”可以阻止他。
第一幕：上海
NEST(非生物地外物種部門)仍然在追踪狂派殘黨，鐵皮(Ironhide)、斯偉柏(Sideswipe)、柯柏文、雙胞胎TF.急剎(Skips)和擋泥板(Mudflap)、以及軍方的Epps、Lennox都在這裡。他們順著毀滅者（Demolisher）的信號找到了他，但在靠近時毀滅者變形成為巨輪（預告片中的那一幕），不過柯柏文和鐵皮從他的側面襲擊最終擊敗了他。與此同時，斯偉柏也把邊路（Sideways）幹掉了。毀滅者在死之前透露了“科倫”的名字。
第二幕：森的家
電視裡正在直播關於MissionCity(第一集結尾大戰的城市)的聽證會，他們指責一家機器人公司刻意隱瞞實情，但森(Sam)、美琪(Mikaela)還有森的父母都知道真相。森正在打點行李準備去上大學，美琪打來電話，她對遠距離戀愛十分不安。森口袋裡的能量火種碎片這時掉到了地板上，在地上燙了一個洞，又掉到樓下的廚房，並把約6樣廚房電器變成了變形金剛，微波爐和手機打了起來，微波爐把手機吞進肚子裡加熱殺了它，這些機器人跑上了樓追著薩姆，幸好大黃蜂(Bumblebee)來了，他消滅了這些機器人，但也把房子破壞了。
森把碎片交給美琪保管，後者把碎片藏到了父親的摩托車行里。狂派間諜轉輪（wheelie）竊聽到了他們的計劃，準備偷走碎片。
第三幕：NEST總部
柯柏文匯報關於“毀滅者”的消息，國家安全協會(NSA)的顧問蓋洛威(Galloway)不信任博派，他說狂派來地球都是博派招引來的，他甚至提出讓總統驅逐博派。博派不知道“科倫”是誰，因為寄存他們所有歷史的能量火種已經被摧毀了。音波(Soundwave)竊聽他們匯報任務，知道了麥加登(Megatron)在海底的具體位置。
音波放出野犬(Ravage)，野犬然後和蜘蛛形機器人“醫生(Doctor)”闖進NEST總部偷走了能量火種碎片。
第四幕：大學
森的室友里奧(Leo)深信變形金剛的存在，他還開辦了一家網站，專門報導各地出現的變形金剛消息，不過總是被一個網名叫“機器戰士(Robo Warrior)”的人開的另一家網站搶先。
里奧用黑客手段進入了學校網站數據庫，把最漂亮的女孩都安排住進了他們宿舍那一層。就這樣愛麗絲(Alice)進入了森的生活。
森和里奧去參加派對，薩姆總是產生幻覺，看到一些奇怪的符號(象形文字)，他試圖把符號畫在蛋糕上。愛麗絲拉他去跳舞，這時薩姆聽到了外面有熟悉的汽車聲，他出去一看是大黃蜂，大黃蜂帶森去了一個墓地，柯柏文也在那裡。他們警告森說能量火種碎片被偷了，並提出讓森作為博派的發言人。森不太願意，他想過正常的生活，他也不知道自己能做什麼，因為柯柏文都說服不了那些人他又怎麼能做到呢？柯柏文相信森，沒有強迫他。
第五幕：海底
野犬和醫生潛入大洋海底，把魔方碎片插入威震天讓他復活了。
第六幕：課堂
瑞恩·威爾森（Rainn Wilson）扮演的森的教授正在上課，森打開書開始速讀，然後又出現了幻覺，發癲的他發表了很多高論，如愛因斯坦是錯的、宇宙是如何形成的等等，最後他被趕出課堂，跑到圖書館裡看一本他祖父的書。
第七幕：太空
麥加登變成斯比頓星球飛機的形態離開地球，前往另一個星球（可能是火星）。他在那裡見到了正在等他的星星叫（Starscream）還有科倫。在科倫面前麥加登也只能俯首稱臣，它們倆的關係類似“星戰”裡的西斯大帝和黑武士達斯維達。科倫說有辦法再造一個能量火種，麥加登說能量火種已經被摧毀了，科倫反問他一句“你不是也一樣嗎”。科倫告訴麥加登，森知道那個埋藏“領袖心臟”的地點，並要他們立刻找到他。麥加登想擁有“Primes”們的力量，科倫許諾會滿足他，於是15個狂派出發跟著麥加登和星星叫前往地球，而此時森早已在狂派的監視之下。
第八幕：美琪的摩托車行
美琪發現了老在周圍晃悠的轉輪，轉輪供認說墮落金剛命令他獲取藏在碎片裡的知識，美琪把轉輪關了起來，帶著他去找森。
第九幕：森的大學
愛麗絲在森的寢室，把森逼近了牆角，正要親他時美琪趕到了。在走廊裡的里奧在電視裡看到了一個機器人和愛麗絲長得一樣，原來愛麗絲是受狂派操控的、來自迪士尼樂園的人形機器人。經過一番爭鬥，森、美琪、里奧坐上車，逃離了宿舍。在這種緊張氣氛下，里奧還不忘打哈哈，問森是不是從未來被派來拯救他自己的(《未來戰士》笑話)，正說笑間車猛撞到了電線桿，從愛麗絲身上軋了過去。然而他們還沒來得及慶幸就被一架狂派的直升機機器人抓住了。
第十幕：工廠
星星叫把森他們的車劈成了兩半，麥加登對森說：“還記得我麼？我可記得你。”然後他們開始折磨森，醫生用一把鋼鋸從森腦子裡獲取情報。就在此時擎天柱和大黃蜂及時趕到，救下了森他們，然後開打，一直打到工廠外面的樹林裡。柯柏文問麥加登科倫是誰，麥加登說他來了你就知道了。柯柏文一人和3個狂派大戰，最後被麥加登從背後刺殺，鐵皮、力捷(Ratchet)和雙胞胎機器人趕到後，狂派才離開。
這場大戰後，博派把森藏了起來，狂派們再也找不到他了，於是他們求助於音波，音波以麥加登的名義給每個地球人廣播了一條消息，把變形金剛的事情公之於眾，威脅人類說如果他們在一個太陽週期內不能找出那個男孩，狂派就一個接一個的摧毀城市。森的父母正好在巴黎度假，看到這個後驚慌失措。
柯柏文死了，國家安全協會也解散了NEST組織。森感到了自責，他後悔當初沒有答應柯柏文的請求。他仍然被那些奇怪符號的幻覺所困擾，他寫下了那些符號，雙胞胎機器人認出那是“Primes”們的語言，而里奧也說他在“機器戰士”的網站上看到過這樣的字符。於是他們去找“機器戰士”，沒想到他就是西蒙斯(Simmons)——第一集的特工，現在在他母親的熟食店幫工。西蒙斯告訴他們，其實變形金剛很早以前就來到地球了。
森說麥加登堅信地球上有另外的能量來源，博派們都無能為力，因為這對他們來說也太古老了，美琪突然想起自己抓住的轉輪，於是決定從他嘴裡探取情報。轉輪告訴他們地球上有一些古老的變形金剛叫做“Seekers(尋找者)”，但不清楚他們在尋找什麼，只知道他們既不是博派也不是狂派，轉輪定位了10個“Seekers ”，最近的一個在華盛頓特區。
第十二章：華盛頓特區
原來那個在華盛頓的“Seekers”就是天火(Jetfire)，他變成一架飛機呆在博物館裡。天火就像一位健忘的老人，他不記得自己在哪裡、也不記得自己要找什麼了。森他們答應天火，如果他幫助他們，他們也會幫他恢復記憶。天火得知戰爭還在繼續非常失望，森提到科倫，觸發了天火的記憶。
森畫出那些符號，經天火翻譯後發現，那些是指示方位的。於是天火打開了一個蟲洞，把大家都送到了埃及。天火介紹了科倫以及吸取太陽能量裝置的歷史，他說只有“Prime”的後人才能擊敗科倫，而柯柏文正好是“Prime”的最後傳人，當初科倫為了找出還是孤兒的他不惜在斯比頓上發動戰爭。森問“領導模塊”能不能救活柯柏文，天火說應該可以。
森給軍方的朋友Lennox發去信息，要他把柯柏文運到埃及來，Lennox答應了，還派了一支艦隊前來協助。不過此時音波已經知道森的位置了。森和美琪坐在星空下談話，突然悟出“領袖心臟”就藏在墓中！不過他們在墓裡什麼也沒發現，直到一塊石頭意外地在牆上砸了一個洞，他們才看到藏在牆後的領袖心臟！森去取它，但一接觸到空氣就掉落在地上，森從地上撿起領袖心臟，放到襪子裡，準備去救活柯柏文。
軍艦和狂派幾乎同時抵達，音波切斷了周圍的通訊，給軍艦指揮官錯誤的指令，讓他們坐在那里白白的等。森兩人奔向柯柏文，途中遭到星星叫攻擊。這時科倫出現了，他把自己傳送到了金字塔塔頂。另一方面，海軍也覺察到不對勁，於是派出偵察飛機。
建造派合體成為破壞者(Devastator)。麥加登說他已經為科倫找到了那個吸取太陽能量製造能量塊(Energon)的裝置，科倫向他要領袖心臟，因為沒有它裝置無法啟動。破壞者爬上金字塔，摧毀金字塔，露出了裡面的裝置。西蒙斯意識到這就是那個吸取太陽能量的裝置，他用手機和軍艦取得聯繫，叫他們準備好作戰，後者此時才知道自己被音波耍了。
森費好不容易來到柯柏文身邊，卻昏了過去，昏迷中他見到了“Primes”，他們跟他說了一堆命運之類的話後，把領袖心臟交給了他。森醒來後發現領袖心臟已經重組，變成了一把短匕首狀的東西(預告片里好森從地上撿起來的那個)。森趕緊把它插入柯柏文胸膛，柯柏文復活了，但很虛弱。科倫把自己傳送過來，搶走了心臟，回到金字塔頂。天火意識到他必須犧牲自己來幫助柯柏文，他貢獻出了自己的部分（合體？），安然去世，然後力捷也來幫助修理，最終擎天柱煥然一新、重裝上陣。
麥加登、星星叫、科倫都在金字塔頂，西蒙斯指揮艦隊向破壞者開砲，把破壞者又打散了。能量塊裝置啟動了，柯柏文及時趕到，把裝置偏轉了方向，擊中了麥加登和星星叫。科倫自稱是“Prime”，柯柏文說他當初殺害自己弟兄們的時候就已經拋棄了自己的名字。柯柏文摧毀了裝置，用碎片砸向科倫，麥加登和星星叫則趁他們打作一團時偷偷溜走了。
科倫打開了一個蟲洞準備逃走，柯柏文用領袖心臟關閉了蟲洞，並重新打開一個新的蟲洞把科倫扔了進去，之後蟲洞就在一道閃光中消失了，科倫被永遠的關在了裡面。
END
