Zwei Jahre sind seit den Ereignissen des ersten Films vergangen, in dem die Autobots die Menschheit vor den feindlichen Decepticons gerettet haben. Sam Witwicky bereitet sich darauf vor, sein zuhause zu verlassen und aufs College zu gehen, um dort zu studieren. An seine Heldentaten glauben allerdings nur noch Verschwörungstheoretiker. Er muss aber nicht nur das behagliche heimische Nest, sondern auch seine Freundin Mikaela und sein Auto sowie Roboter-Kumpel Bumblebee zurücklassen.
Die Autobots arbeiten inzwischen mit dem Militär zusammen und bilden ein strenggeheimes Team namens NEST, das Jagd auf die verbliebenen Decepticons macht, die sich noch auf der Erde verstecken. Der nationale Sicherheitsberater Theodore Galloway (John Benjamin Hickey) möchte dagegen alle Transformers von der Erde verbannen. Optimus Prime erklärt sich bereit, die Erde zu verlassen, allerdings warnt er Galloway, dass der Planet damit quasi schutzlos dasteht. Unterdessen wird Sam von Visionen heimgesucht, die nicht nur seine akademischen Ambitionen, sondern auch sein eigenes Leben gefährden. Ohne es zu wissen, hält er nämlich den Schlüssel zum Sieg im Kampf von Gut gegen Böse und Autobot und Decepticons in seinen Händen.