少女科学家珊曼莎是地球经历末世浩劫后的幸存者之一。她并未随着他人弃守家园，反而留在地球，并致力寻找让人类生存下去的方法。在最后一艘宇宙飞船开往遥远人类太空殖民地之际，她留守的决心因为另一位幸存者麦卡的到来而动摇。她必须决定要与麦卡一起出发到人类避难之所开展新生活，还是继续留下来保卫地球。

“霸天虎”的先遣部队旋风和毒蝎袭击了美军位于卡塔尔的军事基地，与此同时，路障帮助他的搭档迷乱潜入了美国总统的座机空中一号，通过电脑获悉，要想找到威震天就必须找到维特维奇家族的那副眼镜，上面有威震天关于能量块的信息扫描，而它现在的拥有者萨姆•维特维奇（希安•拉博夫饰）成为了“霸天虎”攻击的目标。萨姆是名高中生，学校里没有人相信他讲述的关于这副眼镜的历史，失望之余，萨姆把眼镜放到网上拍卖，然而从未引起买家的兴趣。这时父亲送了一辆破车给他，这辆车恰好就是“汽车人”大黄蜂的变形。大黄蜂帮助萨姆交上了漂亮的女朋友（梅甘•福克斯饰），但很快就遭遇了“霸天虎”的袭击，擎天柱带着其他“汽车人”赶到，一场机器人大战由此拉开了序幕。

意图征服一切的霸天虎全员出击，塞伯坦即将陨落，B-127（迪伦·奥布莱恩DylanO’Brien配音）临危受命前往地球。在1987年的加州，B-127不仅遭到特工伯恩斯（约翰·塞纳JohnCena饰演）的追捕，更被闪电（大卫·索博洛夫DavidSobolov配音）殴至重伤，语言模块和记忆模块严重受损。B-127变形为大众甲壳虫，被失去了父亲（蒂姆·马丁·格利森TimMartinGleason饰演）的查莉·沃森（海莉·斯坦菲尔德HaileeSteinfeld饰演）发现并开回家。查莉为B-127取名大黄蜂，双方成为亲密无间的好朋友。然而好景不长，反射弹（贾斯汀·塞洛克斯JustinTheroux配音）与粉碎（安吉拉·贝塞特AngelaBassett配音）追至地球，利用美国军方的卫星网络追踪到大黄蜂，并企图将霸天虎大部队召唤到这里。为了阻止反弹射和粉碎，大黄蜂和他的新朋友一起踏上了保卫这个蓝色星球的征途……