Han pasado dos años desde que el joven Sam Witwicky (Shia LaBeouf) salvara al universo de una decisiva batalla entre dos razas de alienígenas robóticos en guerra. Pese a su extrema heroicidad, Sam sigue siendo un adolescente normal con las preocupaciones cotidianas de prepararse para ir a la universidad, dejando atrás a su novia Mikaela (Megan Fox), y separándose por primera vez de sus padres. El objetivo de Sam es llevar una vida universitaria normal pero, para hacerlo, deberá olvidar su destino. Mientras Sam ha hecho todo lo posible por dejar atrás el conflicto de Mission City y volver a su rutina diaria, la batalla entre los Autobots y los Decepticons, aunque haya sido un incidente súper secreto, ha provocado muchos cambios. El Sector 7 ha sido desmantelado y el agente Simmons (John Turturro), despedido. En su lugar se ha creado una nueva agencia, NEST. Empleando mandos con experiencia de campo como Lennox (Josh Duhamel) y Epps (Tyrese Gibson), NEST pretende trabajar codo con codo con los Autobots para evitar otra confrontación mortal con los Decepticons.