Passaram dois anos desde que Sam Witwicky (LaBeouf) e os Autobots conseguiram proteger a raça humana da invasão dos Decepticons. Agora Sam prepara-se para outro desafio: sair de casa para ir para o colégio. Com o planeta Cybertron inabitável, também os Autobots começam uma nova vida na Terra, num projecto secreto em que, juntamente com os militares, formam a equipa NEST, cuja missão é procurar os Decepticons que ainda se escondem no planeta. Entretanto, a vida "normal" de Sam terá de esperar: os Decepticons descobrem o que ele ainda não sabe - que ele é a chave para o destino da batalha entre o bem e o mal. Agora, juntamente com os Autobots, os soldados do NEST e de um velho inimigo agora aliado, Sam e a amiga Mikaela (Fox) têm de desvendar o segredo da presença dos Transformers na Terra, e os sacrifícios que terão de ser feitos para a proteger de uma vingança anunciada - o regresso do Decepticon The Fallen.