Abertura: A Caçada aos Decepticons
O filme começa com uma cena de flashback no ano 17.000 a.C., mostrando os primeiros contatos dos Transformers com a Terra. Os Primes originais construíram máquinas para colher a energia do Sol, mas um deles, conhecido como O Ceifeiro (The Fallen), traiu os irmãos e tentou destruir a humanidade. Ele foi banido, e a chave de sua máquina, a Matrix da Liderança, foi escondida.
No presente, uma força militar secreta chamada NEST, formada por humanos e Autobots, caça Decepticons restantes pelo mundo. Em Xangai, Optimus Prime e seus aliados enfrentam os gigantescos Demolisher e Sideways, em uma batalha que mostra a ameaça ainda presente. Antes de morrer, Demolisher avisa que “O Ceifeiro voltará”, preparando o terreno para o grande inimigo.
Sam e a Descoberta Misteriosa
Enquanto isso, Sam Witwicky se prepara para ir para a faculdade, deixando seus pais e sua namorada Mikaela Banes. Ele encontra em sua jaqueta um fragmento da AllSpark, que imediatamente transfere estranhos símbolos cibernéticos para sua mente quando ele toca no objeto. Sam guarda segredo, mas percebe que está começando a ter visões e surtos de escrita alienígena.
O fragmento é enviado por Sam para Mikaela, mas acaba roubado por um pequeno Decepticon, Wheelie, que tenta recuperá-lo para seus mestres.
O Retorno de Megatron
Enquanto isso, Starscream recupera pedaços do corpo de Megatron, que havia sido destruído no filme anterior e jogado no fundo do oceano. Usando fragmentos da AllSpark roubados, os Decepticons o ressuscitam. Megatron retorna ao espaço e se reúne com seu mestre, O Ceifeiro, revelando que eles têm um plano maior: usar Sam para descobrir a localização da Matrix e ativar a máquina que pode destruir o Sol da Terra, colhendo sua energia.
Sam na Faculdade
Sam tenta levar uma vida normal na faculdade, mas as visões se intensificam. Ele escreve símbolos cibernéticos compulsivamente, assustando colegas e professores. Lá, ele conhece uma colega sedutora, Alice, que mais tarde se revela ser uma Decepticon disfarçada. Mikaela e o amigo atrapalhado Leo Spitz ajudam Sam a escapar quando descobrem a traição de Alice.
Durante a perseguição, eles são atacados por Grindor e Ravage, que sequestram Sam e o levam até Megatron. O vilão revela que precisa das informações gravadas na mente de Sam para localizar a Matrix.
O Sacrifício de Optimus Prime
No meio do sequestro, os Autobots aparecem para resgatar Sam. Uma batalha épica ocorre em uma floresta, onde Optimus Prime enfrenta sozinho Megatron, Starscream e Grindor. Em uma cena marcante, Optimus luta com bravura, mas é fatalmente ferido e morto. A morte de Optimus abala todos: os Autobots recuam, e o NEST perde a confiança no futuro da Terra.
A Caçada pela Matrix
Sem Optimus, Sam percebe que as visões em sua mente são a chave para encontrar a Matrix da Liderança, capaz tanto de ressuscitar Optimus quanto de ativar a máquina solar. Ele, Mikaela, Leo e Wheelie seguem as pistas até encontrar Seymour Simmons, o ex-agente da Setor 7, que os leva a um depósito com peças de Decepticons antigos. Lá eles encontram Jetfire, um velho Transformer Decepticon que mudou de lado e agora apoia os Autobots.
Jetfire explica que os símbolos na mente de Sam são um mapa para a Matrix, escondida em uma tumba ancestral no deserto egípcio. Ele revela também que O Ceifeiro não pode retornar sem um líder Decepticon para guiá-lo — e esse papel cabe a Megatron.
A Jornada ao Egito
O grupo segue para o Egito, guiado pelas visões de Sam. Enquanto fogem das forças de Megatron, Sam e Mikaela vivem momentos de tensão, fortalecendo ainda mais o laço entre eles. Os militares do NEST, liderados por Lennox e Epps, também viajam ao Oriente Médio para auxiliar na batalha final.
Sam finalmente encontra a Matrix, mas ao tocá-la, ela se desfaz em pó. Mesmo assim, ele guarda as cinzas acreditando que ainda podem ser úteis para trazer Optimus de volta.
A Grande Batalha
Começa então a Batalha das Pirâmides. Um exército massivo de Decepticons desce sobre o Egito, incluindo o gigantesco Devastator, formado pela fusão de vários Constructicons. Ele escala uma pirâmide para ativar a máquina solar escondida em seu interior. O NEST, junto dos Autobots, enfrenta uma luta desesperada.
Sam, correndo pelo campo de batalha com Mikaela, tenta chegar até Optimus com os restos da Matrix. No caminho, ele é mortalmente ferido por uma explosão e chega a ter uma visão espiritual com os Primes originais. Eles dizem que ele foi escolhido por sua coragem e lhe concedem o poder de restaurar a Matrix.
O Retorno de Optimus Prime
Sam desperta, recriando a Matrix e usando-a para ressuscitar Optimus Prime. O líder dos Autobots retorna no auge da batalha, mas ainda enfraquecido após a morte. Nesse momento, Jetfire se sacrifica, entregando suas peças para fundir-se com Optimus, que ganha uma nova armadura voadora extremamente poderosa.
O Confronto Final
Com o poder de Jetfire, Optimus enfrenta Megatron e O Ceifeiro. Enquanto Megatron luta com ferocidade, o verdadeiro inimigo é O Ceifeiro, que tenta ativar a máquina para destruir o Sol. Optimus, agora fortalecido, derrota O Ceifeiro de forma épica, matando-o e destruindo a ameaça ancestral.
Megatron, gravemente ferido, é obrigado a recuar junto de Starscream, jurando vingança.
O Encerramento
Com a batalha vencida, Optimus agradece a coragem de Sam, reconhecendo que a humanidade e os Autobots precisam lutar juntos. Ele envia novamente uma mensagem ao espaço, avisando que a Terra continua sendo seu lar e que eles sempre estarão prontos para defendê-la.
O filme termina com Sam e Mikaela reafirmando seu amor, enquanto os Autobots se preparam para os próximos desafios que virão.
