萨姆（Sam）大学毕业后和新女友卡莉（Carly）住在华盛顿，他拯救过两次世界，所以有点适应不了普通人的生活，但他还是找了份工作，试图让自己安定下来。卡莉不了解萨姆的苦闷，她为一个艺术品和汽车收藏家迪兰·古尔德（Dylan Gould）工作，后者由帕特里克·德姆西（Patrick Dempsey）饰演。与萨姆和卡莉住在一起的还有小变形金刚“转轮”（Wheelie）和它的同类小机器人。
与此同时，汽车人正与Lennox上尉一起在世界各地与人类的威胁作战。在一次与震荡波（Shockwave）的激战后，擎天柱发现一个属于一艘他们认为早已失踪的汽车人飞船的柱状物件。
霸天虎仍然留在地球上，其首领威震天（Megatron）在上一次大战后现在很虚弱，但他仍在计划着什么……