道格（贾斯汀•巴萨 Justin Bartha 饰）即将与女友结婚。婚礼前两天，道格与朋友菲尔（布莱德利•库珀 Bradley Cooper 饰）、西德（艾德•赫尔姆斯 Ed Helms 饰）和阿兰（扎克•加利费安纳基斯 Zach Galifianakis 饰）从洛杉矶驱车前往赌城拉斯维加斯为道格举办婚前单身派对，入住凯撒宫豪华套房。一晚过后，三人发现道格失踪，浴室里出现一只老虎，衣橱中多了一个婴儿，西德缺了一颗牙，窗外塔尖上插着席梦思床垫，菲尔戴着医院手环，西德口袋里有一张800美金收据，而他们的车也不知为何变成了警车。三人惊慌失措，完全无法记起昨晚发生过什么，却必须在24小时之内迅速解决谜团找到道格返回洛杉矶……

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……