Han pasado dos años desde que el joven Sam Witwicky salvara al universo de una decisiva batalla entre dos razas de alienígenas robóticos en guerra. Pese a su extrema heroicidad, Sam sigue siendo un adolescente normal con las preocupaciones cotidianas de prepararse para ir a la universidad, dejando atrás a su novia Mikaela, y separándose por primera vez de sus padres. Por supuesto, además está la carga adicional de tener que intentar explicar su partida a su amigo más reciente y robot guardián, Bumblebee. El objetivo de Sam es llevar una vida universitaria normal, pero para hacerlo, deberá olvidar su destino. Mientras Sam ha hecho todo lo posible por dejar atrás el conflicto de Mission City y volver a su rutina diaria, la batalla entre los Autobots y los Decepticons, aunque haya sido un incidente súper secreto, ha provocado muchos cambios. El Sector 7 ha sido desmantelado y su soldado más leal, el agente Simmons, despedido sumariamente. En su lugar se ha creado una nueva agencia, NEST. Empleando mandos con experiencia de campo como Lennox y Epps, NEST pretende trabajar codo con codo con los Autobots para evitar otra confrontación mortal con los Decepticons. Por desgracia, un asesor de seguridad del gobierno, Theodore Galloway tiene muy poca previsión como para comprender totalmente los inexorables peligros que acechan. Dispuesto a hacerse con el control de todas las organizaciones de defensa, junto con su potencial de poder, y al mismo tiempo deshacerse de lo que él considera un frívolo gabinete gubernamental, Galloway se esfuerza por acabar con NEST, creyendo que toda amenaza de guerra ha desparecido hace tiempo.

Decepticon forces return to Earth on a mission to take Sam Witwicky prisoner, after the young hero learns the truth about the ancient origins of the Transformers. Joining the mission to protect humankind is Optimus Prime, who forms an alliance with international armies for a second epic battle.