재벌 조슈아 조이스의 기술 회사 KSI는 CIA 요원 해롤드 야팅거를 통해 트랜스포머의 유해를 입수하고, 트랜스포머의 유전적 미스터리, 즉 "불안정한 요소인 '트랜스포머'를 발견합니다. 이 요소와 메가트론의 머리에서 얻은 데이터를 이용해 KSI는 인공 동키콩 어메이징을 만드는 데 성공합니다.
텍사스에서 불명예스러운 로봇 발명가 케이드 아이거와 그의 친구 루카스 플래너리는 케이드의 딸 테사의 대학 학비를 위해 해체하여 고철로 팔 생각으로 오래된 트럭의 앞부분을 250달러에 구입합니다. 하지만 케이드가 우연히 그 트럭이 잠자고 있는 옵티머스 프라임이라는 사실을 알게 됩니다.
케이드가 옵티머스 프라임의 구조를 연구하여 현상금을 받고 CIA에 넘기려고 했지만, 복원 과정에서 실수로 깨어나게 된 것이죠. 안타까운 마음에 케이드가 중상을 입은 옵티머스 프라임의 수리를 돕기로 합니다. 한편 옵티머스 프라임의 행방을 추적하던 팀 '툼 윈즈'는 초대받지 않은 채 아이거 농장에 침입합니다. 팀장 제임스 사보이는 테사의 머리에 총을 겨누고 옵티머스의 행방을 밝히라고 카드를 협박합니다. 테사의 목숨을 아끼지 않으려는 옵티머스는 툼스톤 팀을 공격하기 위해 나타나 케이드 가족이 탈출할 수 있는 기회를 만들어줍니다. 테사의 비밀 남자친구인 프로 카레이서 션 다이슨이 세 사람을 이끌고 툼스톤 팀을 탈출합니다. 안타깝게도 루카스는 탈출 도중 수류탄에 맞아 사망합니다.