距今50多年前，一艘来自赛博坦的飞船坠落月球，由此引发了美苏两国的太空竞赛。人类争相登上月球，只为一探飞船残骸中的秘密。时间回到21世纪初，经过几番征战，汽车人终于挫败霸天虎的入侵，继而与人类合作，共同保卫美丽的地球。然而发生在切尔诺贝利的事件却将尘封已久的月球计划重新摆到桌面。为了防止霸天虎找到能量柱为非作歹，擎天柱与战友飞赴月球，更从当年的飞船中救出了汽车人的先代领导者——御天敌。御天敌是能量柱的发明者，将上百根能量柱集合在一起便可制造太空桥，实现物质的瞬间传送。
忙着找工作以及和女友卡莉（罗茜·汉丁顿-惠特莉 饰）经营爱情的山姆（希亚·拉博夫 饰）无可避免地卷入其中，他渐渐发现霸天虎的操纵一切的阴谋，却不知更大的阴谋和危机隐藏在那月影背后……

特工汉纳威（乔什·哈洛威 Josh Holloway 饰）执行任务时遇害，核机密文件被女杀手莫伦（蕾雅·赛杜 Léa Seydoux 饰）截获。为了找回文件，特工班吉（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）和特工简（宝拉·巴顿 Paula Patton 饰）从俄罗斯监狱救出了伊桑·亨特（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）。他们接受的幽灵协议任务便是从克林姆林宫盗取核军事密码。然而，当他们接近目标时，却发现被恐怖分子亨德里克斯（迈克尔·恩奎斯特 Michael Nyqvist 饰）捷足先登，抢走了核军事密码。在爆炸中，亨特受困医院，遭俄特工的追捕，幸好他身手矫捷，才化险为夷。不过，亨特的上司也在混乱中丧生，只剩下其助手布兰德（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰）与亨特死里逃生，加上班吉和简，逼上绝境的四人开始了最后一搏，从迪拜到印度，他们出生入死，与恐怖分子斗智斗勇……

当又一次和伏地魔（拉尔夫·费因斯 Ralph Fiennes 饰）的意识连通，哈利·波特（丹尼尔·雷德克里夫 Daniel Radcliffe 饰）断定最后一件魂器藏在霍格沃茨，于是和罗恩（鲁伯特·格林特 Rupert Grint 饰）、赫敏（艾玛·沃森 Emma Watson 饰）一同返回阴云密布的学校。在好友们的帮助下，他们成功驱逐了斯内普（艾伦·瑞克曼 Alan Rickman 饰），然而觉察到哈利目的的伏地魔则率领徒众向霍格沃茨逼近。食死徒、摄魂怪、巨人疯狂涌入这所有着悠久历史的魔法学校，正邪决战旋即爆发，一时间血雨腥风，死伤无数。从斯内普的眼泪中，哈利不仅了解到父辈的故事，也证实了藏缅于他体内最后的秘密。在此之后，他也和伏地魔迎来了最后的对决……
本片根据英国作家J.K.罗琳的同名原著改编，也是“哈利·波特”系列影片的完结篇。