Um arquiteto casado e com filhos está cada vez mais frustrado por passar a maior parte de seu tempo trabalhando. Um dia, ele encontra um inventor excêntrico que lhe dá um controle remoto universal, com capacidade de acelerar o tempo. No início, ele usa o aparelho para acelerar qualquer momento tedioso, mas se dá conta de que está acelerando o tempo demais e deixando de viver preciosos momentos em família. Desesperado, ele procura o inventor para ajudá-lo a reverter o que fez.
O travesso Pica-Pau está metido em mais uma briga por território. Os inimigos da vez são o vigarista Lance Walters e sua namorada Vanessa. Precisando de dinheiro, eles estão determinados a construir uma extravagante mansão na floresta e lucrar com sua venda, mas Pica-Pau também mora no terreno e não pretende deixá-los em paz.
Passaram-se dois anos desde que Sam Witwicky e os Autobots salvaram a raça humana e tentam ter uma vida normal: Sam está começando a faculdade, enquanto os Autobots trabalham com uma organização militar secreta e tentam construir uma casa para eles na Terra. Porém, um antigo Decepticon conhecido como 'The Fallen' aparece para se vingar, então Sam e sua namorada Mikaela precisam desvendar a história dos Transformes e achar um caminho para derrotá-lo.
Sam Witwicky e sua nova namorada, Carly, entram na briga quando os Decepticons renovam sua guerra contra os Autobots. Optimus Prime acredita que ressuscitar o antigo Transformer Sentinel Prime, ex-líder dos Autobots, pode levar à vitória. Essa decisão tem consequências devastadoras e a guerra parece pender a favor dos Decepticons, causando um conflito épico em Chicago.
Depois da batalha entre Autobots e Decepticons, que arrasou Chicago, os gigantescos robôs alienígenas desaparecem. Agora, eles são caçados pelos humanos, que não desejam passar por problemas novamente. Porém, enquanto a humanidade tenta se recuperar dessa terrível batalha, uma nova ameaça paira sobre a Terra.
O gigante Optimus Prime embarca em uma das missões mais difíceis de sua vida: encontrar, no espaço sideral, os Quintessons, seres que possivelmente são os responsáveis pela criação da raça Transformers. O problema é que, enquanto isso, seus amigos estão precisando de muita ajuda na Terra, já que uma nova ameaça alienígena resolveu destruir toda a humanidade.