1969年7月20日、月面着陸に成功したアポロ11号のアームストロング船長とオルドリン操縦士は、人類で初めて月に降り立った。全世界が注目したこの歴史的偉業の陰で、米国政府とNASAはある事実をひた隠しにしていた。その事実とは、宇宙の遥か彼方からやってきた、未知の金属生命体であるトランスフォーマーたちの地球侵略の足がかりとなる宇宙船が、月の裏側に不時着していたということだった……。現代のアメリカ・シカゴ。社会人となったサム(シャイア・ラブーフ)の周囲で、異変が再び始まる。オフィス機器に姿を変えていた侵略者・トランスフォーマーたちが、人間を襲い始めたのだ。政府が40年前の事実をひた隠しにしたことが原因で街は壊滅的な状態に陥り、その被害は世界の都市へと広がっていく。一部のトランスフォーマーたちは地球に味方し応戦するが、地球上に潜んでいたトランスフォーマーたちや宇宙から次々とやってくる新たな敵の圧倒的なパワーに対し、なす術もなく追い詰められていく。