En 1987, el Autobot B-127 llega a la Tierra en medio de la guerra en Cybertron, habiendo sido enviado por Optimus Prime para buscar refugio para los otros Autobots. Es encontrado por agentes del Sector 7 liderados por Jack Burns (John Cena) antes de que Blitzwing de Decepticon ataque y elimine la caja de voz de B-127. Mata a Blitzwing y comienza a perder sus recuerdos antes de tomar la forma de un Volkswagen Beetle.

El adolescente Charlie Watson (Hailee Steinfeld) encuentra al Beetle en la tienda de su tío y lo lleva a casa. Cuando descubre que su nuevo coche es un robot gigante, se hace amiga de él y lo llama Bumblebee. Pronto se entera de que Bee es de Cybertron y está en medio de una guerra.

Dos Decepticons, Shatter y Dropkick, toman reciben la señal de Bee y se dirigen a la Tierra para encontrarlo y así averiguar a dónde se dirigen los Autobots. Se asocian con el Sector 7 para acceder a su tecnología para encontrarlo. Se las arreglan para rastrear a Bee debido a su señal de Energon, y lo llevan al Sector 7. Charlie lo ayuda para liberarlo, pero Shatter y Dropkick ahora saben que los Autobots se dirigen a la Tierra, y planean destruir tanto a los Autobots como a los humanos.

Bee y Charlie se dirigen a detener a los Decepticons. Bee lucha contra Dropkick y lo rompe en pedazos con una cadena, mientras que Charlie desactiva su dispositivo de comunicación. Bee agarra a Shatter y la destruye rompiendo una presa y chocando contra ella. Burns luego deja que Bee y Charlie salgan libres.

Charlie y Bee tienen que separarse ya que ella sabe que sus Autobots lo necesitan. Ella regresa a casa para arreglar el coche dejado por su difunto padre, mientras que Bumblebee se une a Optimus mientras esperan a los otros Autobots.