在遥远宇宙的最深处，有一颗名为塞博坦的星球。数千万年前，一种高级智慧生命体为了某种目的开发出军用和民用两种机器人，但是随着各种事件的发生和机器人不断进化，机器人最终取得独立和自由。他们分别称作狂派（霸天虎）和博派（汽车人），双方为了争夺塞博坦的统治展开旷日持久且不断升级的战争。时至今日，能源枯竭的塞博坦迫使博派向外寻求能量，而狂派尾随而至，双方最终来到了地球。自此以后，双方在擎天柱和威震天的率领下，以地球为据点展开新一轮的较量。神乎其神的变形能力，不断得到开发的新型战士，以及彼此全力争夺的能量块。宏伟的变形金刚故事缓缓拉开大幕……
本片为孩之宝公司为配合相应的玩具销售而制作的经典系列动画。

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……

当年惨烈的芝加哥大战，汽车人虽然成功击退了霸天虎的入侵，却也让地球人对他们失去了应有的信任与尊重。由美国中情局组建的“墓风”部队对所有的变形金刚进行无差别的猎杀，一时间汽车人和霸天虎全都在地球不见了踪影。某天，居住在得州的落魄机械发明家凯德·伊格（马克·沃尔伯格 饰）买回来一辆破旧的卡车车头，谁知那竟是处在休眠中的汽车人首领擎天柱。嗅到气息的墓风部队蜂拥而至，苏醒后的擎天柱救走了凯德一家，也和散落在各个角落的汽车人相继取得联系。另一方面，疯狂的人类科学家从变形金刚的残骸中获知了他们变形的秘密，并企图借此制造出人造金刚，而脱胎自威震天的惊破天正是他们的得意作品以及催命死神。新一轮的危机卷土而来，地球面临更大的灾难……