薩姆（Sam）大學畢業後和新女友卡莉（Carly）住在華盛頓，他拯救過兩次世界，所以有點適應不了普通人的生活，但他還是找了份工作，試圖讓自己安定下來。卡莉不了解薩姆的苦悶，她為壹個藝術品和汽車收藏家迪蘭·古爾德（Dylan Gould）工作，後者由帕特裏克·德姆西（Patrick Dempsey）飾演。與薩姆和卡莉住在壹起的還有小變形金剛“轉輪”（Wheelie）和它的同類小機器人。 與此同時，汽車人正與Lennox上尉壹起在世界各地與人類的威脅作戰。在壹次與聲波（Shockwave）的激戰後，擎天柱發現壹個屬於壹艘他們認為早已失蹤的汽車人飛船的柱狀物件。 霸天虎仍然留在地球上，其首領威震天（Megatron）在上壹次大戰後現在很虛弱，但他仍在計劃著什麽。 擎天柱對人類向他隱瞞實情很生氣，尤其是對弗朗西斯·邁克道蒙（Frances McDormand）飾演的美國國家情報局局長夏洛特·米林（Charlott Mearing），原來多年前美國宇航員登陸月球就發現了墜毀的變形金剛汽車人“方舟”，但他們壹直向世人和汽車人隱瞞。 擎天柱要求去月球壹趟，他們很快就達到了那裏，但沒有察覺到有霸天虎尾隨。在月球上，擎天柱壹行人發現了“禦天敵”（Sentinel Prime），他是汽車人的前任領袖，也是擎天柱的導師。汽車人把禦天敵和他身邊的5個柱狀物帶回了地球。 此時的薩姆正被他的新老板（約翰·馬爾科維奇）折磨的焦頭爛額，接著他被肯·鄭（Ken Jeong）飾演的角色認出是變形金剛的朋友，肯·鄭扮演的這個人試圖告訴他霸天虎的陰謀，顯然他也被迫參與了那個計劃。但還沒等他說出口，激光鳥（Laserbeak）就結果了他。 薩姆趕緊跑去告訴汽車人，但被攔在秘密基地外面，盡管米林局長很不情願，但架不住別人的堅持，只好讓薩姆留下來旁觀事態進展。 把禦天敵和五個柱狀物件帶回地球後，擎天柱用領導模塊重啟了禦天敵，之後又放回自己體內。原來，那些柱狀物件是“空間橋”的壹部分，***有上百個，現在都不知散落何處。 米林局長開始趕薩姆回家，薩姆靠自己分析推導，得出霸天虎正在利用人類做什麽，但沒人聽他的分析，於是他決定找退休探員西蒙斯（約翰·特特羅）幫他調查。卡莉很不高興，她抱怨薩姆又想拯救世界了。兩人吵了壹場，分手了。卡莉壹人去了老板迪蘭的聚會。 西蒙斯把過去的經歷寫成了壹本暢銷書，現在過得很愜意，但他還是很快答應了薩姆的請求。兩人先去找當年登月的宇航員，他們深信這些人壹定知道內情，但都被政府下達了封嘴令。 老宇航員們向薩姆他們展示了壹些當年拍攝的月球背面照片，原來那裏有許許多多的柱狀物件。薩姆立刻意識到霸天虎壹直都知道“空間橋”的事情，他們是在利用擎天柱激活禦天敵，因為禦天敵是拼接空間橋的關鍵，他們得保護好他。 果然禦天敵叛變了，他殺死了鐵皮（Ironhide）和雙胞胎機器人，用腐蝕性酸槍把他們熔化了，並帶著柱狀物件跑了。 原來，禦天敵認為汽車人永遠不可能取勝，所以他和威震天結盟，認為這樣可以迅速實現和平。當初他開著飛船是要前往地球與威震天會面，但兩人都遭到狡猾的紅蜘蛛（Starscreams）的伏擊，壹個撞到了月球，另壹個栽在了北極。 現在禦天敵與威震天又可以開始他們的宏圖大計了，他們喚醒了早就埋伏在月球上的秘密霸天虎軍隊，把他們通過“空間橋”傳送到地球。 看到如此眾多的霸天虎，人類放棄了，把怨氣都撒到了汽車人頭上，讓他們立刻離開地球。汽車人無奈只好準備登上飛船。 這時薩姆前去迪蘭家的聚會想與卡莉和好，誰曾想，在幫助霸天虎的人類中，迪蘭是最大的頭頭。他綁架了卡莉，並逼薩姆做間諜，提供汽車人的情報，看看他們是否在計劃反攻，他還派了壹個霸天虎機器人跟在薩姆身邊，記錄薩姆及其周圍人的言行，如果薩姆違抗，卡莉就會死。 薩姆去找了擎天柱和汽車人，問他們有何打算，擎天柱說他們沒有打算，只會默默地離開，他們就這麽走了，飛船在半空中被紅蜘蛛打落，汽車人似乎已經全軍覆沒。 薩姆只好向轉行到基地工作的前軍官Epps求助，求他幫自己追蹤迪蘭、救出卡莉。經過壹番跟蹤，他們發現迪蘭他們在芝加哥，於是薩姆還有Epps以及後者的軍中戰友壹起也去了芝加哥。 芝加哥此時已經變成霸天虎的樂園，好在大部分的人類幸存者已經離開。正當Epps、薩姆他們認為沒有希望的時候，汽車人突然出現！原來壹切都是計劃好的，他們在飛船爆炸前已經偷偷逃出了飛船。 這時的禦天敵和威震天正計劃再次開啟空間橋，這次，他們要把整個賽伯坦星球都傳送到地球，讓幸存的人類作他們的奴隸。 汽車人救出了卡莉，但也犧牲了千斤頂和幻影這兩位成員。他們想從遠處摧毀空間橋，但是失敗了。震蕩波指揮壹個巨大的鉆頭壹樣的機器人，讓芝加哥高樓倒塌、壹片狼藉。 這時禦天敵突然與威震天反目，說他不再為他工作，並把威震天推下高樓，虛弱的威震天倒下起不來了。 紅蜘蛛抓到薩姆想殺死他，薩姆用鉤射槍射中了紅蜘蛛的眼睛，然後又把壹枚炸彈固定在紅蜘蛛的胸口，紅蜘蛛遭受重創飛走了。 擎天柱與震蕩波激戰，結束了其生命，之後擎天柱用震蕩波的激光武器摧毀了空間橋的燈標。薩姆這時也找到了迪蘭，與他扭打在壹起。最後迪蘭被空間橋燈標碎片終結了生命。 擎天柱開始與禦天敵對打，這時賽伯坦星球已經開始傳送過來了，擎天柱根本不是禦天敵的對手。薩姆、卡莉他們跑到威震天跟前，用激將法促使威震天加入到擎天柱壹邊，和禦天敵對打。擎天柱用禦天敵殺害鐵皮和雙胞胎的腐蝕強酸槍對準了他，結果了禦天敵的生命。 威震天對擎天柱說，他也想要和平，於是擎天柱讓他帶著剩下的霸天虎壹起回賽伯坦星球。 在廢墟上，薩姆和卡莉互相表白，壹旁的大黃蜂做了墊片戒指非要讓薩姆求婚。 擎天柱旁白聲響起，他說：任何戰爭，風暴之中總會有停息。有壹天，我們會失去信心；有壹天，我們的戰友會背叛我們……但我們永遠不會拋棄這個星球和他的人民。我是擎天柱，我向全宇宙發去這條訊息——我們在這，我們到家了。
編輯本段電影海報
萬眾期待的派拉蒙暑期大作《變形金剛：月黑之時》繼2011年4月29日發布全新第二款官方預告片之後，導演邁克爾·貝隨後又於30日送出了本片的新款正式海報，只見擎天柱與男女主角屹立在城市廢墟中，神情凝重，周圍戰火紛飛，之前在片場照中屢屢曝光的黑色雙引擎外星飛船也現身在男女主角身後，壹場惡戰即將來臨。 預告片從第壹款先行版預告片中“方舟號”墜落月球並被60年代的登月宇航員發現的情節開始。接著，“擎天柱”對人類說道：“我把我們星球的壹切都告訴了妳們，可妳們卻有事瞞著我們，妳們犯了個大錯誤！”月球上“霸天虎”金剛開始破土而出，在新登場的大反派“震蕩波”（Shockwave）的率領下大舉入侵地球。密集的戰爭場面在快速剪輯下呈現出逼人的末世感，猶如壹部災難巨制。預告片末尾巨大機器章魚卷倒摩天大廈的場面緊承“擎天柱”最後的呈辭“妳們可以對我們失去信念，但千萬別對自己。從現在起，這是妳們自己的戰鬥了”，無盡蒼涼。 雖然這只預告片送出了大量震撼的新畫面，但遺憾的是，在這支新款預告片中“威震天”、“聲波”、“雷霆拯救隊/回收救援隊（Wreckers）”等大批重要角色並未現身……我們仍未能看到新登場的“汽車人”老派領袖“禦天敵”（Sentinel Prime）與“擎天柱”並肩作戰的畫面。可見本片仍有大量要素未有曝光，接下來便要期待第三款官方預告片（終極版）的發布了