距今50多年前，一艘来自赛博坦的飞船坠落月球，由此激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。时候回到21世纪初，经过几番交战，汽车人终于挫败霸天虎的入侵，继而与人类合作，配合守护美丽的地球。然而产生在切尔诺贝利的事务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恶，擎天柱与战友飞赴月球，更从昔时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路即可制作太空桥，实现物资的瞬间传送。
忙着找事情以及和女友卡莉（罗茜·汉丁顿-惠特莉 Rosie Huntington-Whiteley 饰）经营恋爱的山姆（希亚·拉博夫 Shia LaBeouf 饰）无可避免地卷入此中，他逐渐发明霸天虎的操作一切的阴谋，却不知更大的阴谋和危急隐藏在那月影背后……
