Han pasado 4 años desde el incidente de Chicago y la humanidad continua reparando los destrozos, pero tanto los Autobots como los Decepticons han desaparecido de la faz de la Tierra. Ahora el Gobierno de los Estados Unidos está utilizando la tecnología rescatada en el asedio de Chicago para desarrollar sus propios Transformers. Se pone al frente del proyecto a Joshua Joyce (Stanley Tucci), un arrogante diseñador que cree que los Autobots son “basura tecnológica” y se cree capaz de realizar unos robots infinitamente más avanzados. Mientras tanto Cade Yeager (Mark Wahlberg), un mécánico inventor, encuentra un Marmon semi-trailer. Al intentar repararlo descubre que el camión no solo era un Transformer, sino que también es el mismísimo Optimus Prime, líder de los Autobots. Sin duda, Cade no sabe que este descubrimiento traería malas y buenas consecuencias para su vida.