Nesse novo filme Optimus Prime descobre que os humanos lhe esconderam algo muito importante que ocorreu na Lua, fato esse que desencadeou a corrida espacial entre EUA e União Soviética, e decide investigar o ocorrido. Enquanto isso, o jovem Sam (Shia LaBeouf) está na luta para conseguir um emprego.
Mesmo tendo o mérito de ter salvado o planeta por duas vezes, isto em nada tem adiantado para que ele consiga um espaço no mercado de trabalho. Ao encontrar um ex-funcionário da NASA, Sam terá, outra vez, a oportunidade de se unir aos Autobots em mais uma empreitada contra os Decepticons.
