У той час як Сем Вітуїкі (Шайа ЛаБаф) дорослішає і вирішує рухатися далі після розставання з Мікаелою, Автоботи зайняті тим, що б'ються з Десептиконами за те, щоб першими дістатися загадкового об'єкта на Місяці. Після поразки Автоботів у війні з Десептиконами на Кібертроні їхній ватажок Сентінел Прайм спорядив Арк, космічний корабель, що містить технологію, здатну врятувати їхній вид. Але Арк був атакований Старскрім, внаслідок чого зазнав аварії, а його останки опинилися на Місяці. Це сталося 1961 року, і тоді президент Америки Дж. Ф. Кеннеді виголосив свою знамениту обіцянку нації про висадку людини на Місяць. Здійснена 1969 року висадка насправді була експедицією з дослідження уламків Арка. Уряд незадоволений інтересом Автоботів до загадкового корабля, а правитель Кібертрона, десептикон Шокуейв, уже прямує в бік Землі, щоб узяти участь у фінальній битві між Автоботами і Десептиконами, результат якої залежить від Арка...