Đã hai năm kể từ khi Sam Witwicky (Shia LaBeouf) và đội quân Autobot giải cứu loài người khỏi bọn xâm lăng Decepticon. Giờ đây Sam lại đang tất bật chuẩn bị cho mục tiêu lớn nhất trong đời: học đại học xa nhà. Trận chiến kinh hoàng tại Mission City nay đã được chính phủ ém nhẹm.

Như những cậu con trai tuổi teen đồng trang lứa khác, Sam rất hào hứng và náo nức mong chờ tới ngày trưởng thành, để được thoát khỏi sự quản lý của cha mẹ (Kevin Dunn và Julie White) và để thề nguyện trọn đời với cô bạn gái Mikaela (Megan Fox). Dĩ nhiên, Sam cũng phải giải thích cho cả người máy bảo vệ Bumblebee về sự ra đi của cậu.

Xa nhà cũng là điều mà phe Autobot hiểu rõ hơn hết. Hy vọng tái tạo lại hành tinh quê hương Cybertron đã tan cùng Khối Lập Phương, các Autobot đành ngụ cư tại trái đất, liên minh cùng quân đội thành lập tổ chức tối mật với tên gọi NEST. Cùng các đồng sự con người như chỉ huy Major Lennox (Josh Duhamel) và Hạ sĩ quan Không quân Hoa Kỳ Epps (Tyrese Gibson), tổ chức NEST TEAM rà soát và tiêu diệt những tàn dư còn sót lại của bọn Decepticon ở trái đất. Đáng buồn thay, mong muốn được sống hòa bình bên cạnh con người của các Autobot lại không được chấp nhận.

Cố vấn An ninh Quốc gia Theodore Galloway (John Benjamin Hickey) cho rằng sự hiện diện của các Autobot sẽ gây nguy hiểm cho loài người, bằng mọi nỗ lực đã tìm cách tống khứ tất cả các Transformer ra khỏi trái đất và giải tán tổ chức NEST. Optimus Prime, thủ lĩnh của phe Autobot, đồng ý rời khỏi hành tinh của chúng ta theo ý muốn của chính phủ, và đồng thời cũng cảnh báo Galloway phải biết tự xử lý những biến cố xảy ra sau khi Autobot không còn ở lại bảo vệ trái đất được nữa.

Trong lúc đó tại trường đại học, Sam phải cố thích nghi với người bạn cùng phòng huênh hoang và mắc chứng hoang tưởng Leo (Ramon Rodriguez) cũng như chống lại sự cám dỗ trước cô bạn mới quen xinh đẹp Alice (Isabel Lucas). Cuộc sống mới của Sam tiến triển một cách tốt đẹp, cho đến khi vô số hình ảnh bí ẩn bất thình lình xuất hiện và chớp nháy liên tục trong đầu cậu. Phe Decepticon nhanh chóng hiểu được điều mà Sam vẫn còn mơ hồ, rằng cậu là người duy nhất nắm giữ chiếc chìa khóa dẫn đến sự thắng bại giữa thiện và ác.

Cuộc sống an bình vẫn còn một chặng đường dài để đạt được. Với sự giúp đỡ của phe Autobot, các chiến sĩ của NEST và cựu điệp viên Simmons, Sam và Mikaela phải tìm ra bí mật lịch sử về sự hiện diện của các Transformers trên trái đất, và bảo vệ hành tinh này khỏi lời nguyền trả thù từ tên Decepticon cổ đại The Fallen.