La película comienza con Unicron, el oscuro dios Transformer, que envía a sus secuaces, los Terrorcons, liderados por Scourge, para recuperar para él la Llave Transwarp. Esta llave le daría a Unicron el poder de acceder a mundos ilimitados para consumir.

Los Maximals y la Llave Transwarp

Los Maximals, liderados por Apelinq, se preparan para abandonar el planeta, pero Apelinq se queda atrás para luchar, otorgando a Primal el nombre de "Optimus Primal". Scourge, un cazador de trofeos, llega y lucha contra Apelinq junto a sus drones Freezer. Aunque Apelinq demuele a los Freezers, Scourge hiere mortalmente a Apelinq pero se da cuenta demasiado tarde de que los Maximals ya han escapado con la llave.

En 1994, en Brooklyn, vive Noah Díaz, un exsoldado y experto en electrónica, con su madre Breanna y su hermano pequeño Kris. Kris sufre de una enfermedad y la familia lucha por ganar dinero para su medicación. Noah se encuentra con Elena Wallace, una pasante en una galería de arte, quien descubre una estatuilla que parece Airazor, con el emblema de los Transformers grabado en ella.

Noah y Elena se unen a los Autobots para buscar la llave y detener a los villanos. Viajan a Perú para encontrar la segunda mitad de la llave después de que Scourge se llevó la primera mitad que Elena descubrió previamente. Allí, se encuentran con los otros Maximals, liderados por Optimus Primal.

La Batalla Final

La batalla final tiene lugar sobre un volcán, donde los Autobots y Maximals unen fuerzas para luchar contra los Terrorcons. Optimus Prime tiene rencor contra Scourge después de que este último mata a Bumblebee en la batalla. Optimus decapita a Scourge y destruye la llave él mismo, aunque eso significa que él y los Autobots no pueden regresar a Cybertron. Unicron es entonces enviado lejos, y la Tierra es salvada.

El Desenlace

Noah regresa a casa y es reclutado por nada menos que los G.I. Joes después de su misión en Perú. Aunque Noah intenta negarlo, el agente Burke le ofrece a Noah la oportunidad de unirse a una organización gubernamental secreta, garantizando incluso que se cubrirán los gastos médicos de Kris.

Conclusión

Aunque Unicron todavía puede estar allí, los Autobots y Maximals reconocen su victoria y se separan. Noah y Elena vuelan a casa en Stratosphere, y él regresa a casa con Kris y su madre. Más tarde, Noah está listo para otra entrevista de trabajo, donde se encuentra con un hombre llamado Agente Burke, quien sabe sobre Noah estando en Perú y trabajando con los Autobots.