汽车人和霸天虎连年不断的战争，给地球带来了莫大的伤害。为此，地球各国联合成立反应部队，针对变形金刚无论正邪一律绞杀。与擎天柱交往甚密的地球人凯德•伊格尔（马克·沃尔伯格 Mark Wahlberg 饰）不顾身边人的反对和政府的压力，以一己之力为大黄蜂、钢锁等汽车人提供庇护场所，期间他无意得到一枚徽章，从而将危机引向自身。失踪的擎天柱飘回赛博坦，被变形金刚的创造者昆塔沙捕获并黑化，命令他返回地球寻找至高无上的权杖，毁灭地球，复兴赛博坦。与此同时，威震天和地球政府达成协议，彼此联合追寻凯德及其盟友的踪迹，其目标同样是曾属于魔法师梅林的权杖。 地球真正的危机终于降临了……
故事发生在一艘名为“契约”的殖民太空船之上，飞船上搭载了两千名进入沉睡的殖民者，他们的目的地是遥远的欧米伽六号行星，希望能够在那里建立新的家园。一场意外的发生令契约号的能量收集帆遭到了破坏，船长布兰森（詹姆斯·弗兰科 James Franco 饰）亦不幸身亡。作为代理船长的欧朗（比利·克鲁德普 Billy Crudup 饰）带领着惊恐而又悲伤的船员们降落到了一颗未知的神秘星球上。
在这里，他们遇见了仿生人大卫（迈克尔·法斯宾德 Michael Fassbender 饰），大卫热情的接纳了人类的到来，并讲述了他和已故的肖博士（劳米·拉佩斯 Noomi Rapace 饰）在这里生活的经历。就在大卫渐渐赢得了船员们的信任的同时，大家已经一步一步的走入了前者为他们精心打造的地狱之中。
