Sarah(凯伦·吉兰 饰)在收到绝症诊断后，决定用克隆技术复制自己，以减轻她的离世对朋友和家人造成的痛苦；可她却奇迹般地康复了。然而，此时她申请销毁自己的克隆复制品的尝试却失败了，法院授权判罚：本体和克隆体必须进行决斗，两人只能活下来一个。

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……

讲述了生物学家钱幂在科研过程中研制成功了一种变异病毒。但很快病毒开始入侵人体控制人类，并大规模猎杀各种生物，给人类造成巨大威胁。而钱幂的丈夫云计算首席科学家杨秀波为了拯救被病毒控制的女儿，随即展开了一场惊心动魄的追杀。

军方和汽车人的秘密合作计划面临被取消的危险，而重新复活的威震天和红蜘蛛引领霸天虎军队，密谋夺取能量源，企图在地球掀起又一场腥风血雨。　　此时主人公萨姆（希安·拉博夫 Shia LaBeouf 饰）告别相恋的女友米凯拉（梅根·福克斯 Megan Fox 饰），要开始自己梦寐以求的大学生活了，但一切似乎都不那么顺利，一块小小的魔方碎片似乎在给予萨姆某种启示。为了获取魔方里的信息，霸天虎开始了对萨姆的追击，擎天柱为了保护萨姆而牺牲，萨姆受其感召，决定重新担负起自己的使命。　　萨姆在自己室友里奥（雷蒙·罗德里格斯 Ramon Rodriguez 饰）和“机器战士”西蒙斯（约翰·托尔托罗  John Turturro 饰）的帮助下，与女友米凯拉根据魔方碎片给萨姆的提示来到了埃及，他们在金字塔里发现了能量源。而此时，霸天虎的军队也赶到了埃及。军方此时有一小队人马也在...

“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。

故事重返上世纪90年代，终极反派宇宙大帝（科尔曼·多明戈 Colman Domingo 配音）从天而降，驱使以天灾（彼特·丁拉基 Peter Dinklage 配音）为首的恐惧兽掀起地球危机。绝境之中，蛰伏许久的巨无霸终觉醒，联合汽车人变形出发，一场前所未有的决战即将上演。

进入正化年间（始自1989年），为了改善混乱堕落的社会风气，日本政府颁布《媒体良化法》，并成立特殊部门对所有可能影响世人身心健康的书籍进行查封与销毁。可与此同时，言论自由也遭到粗暴遏制和打压。为了捍卫自由思想，名为“图书馆自卫组织图书队”的组织应运而生，他们为了保护书籍拿起武器，许多人为此献出生命。高中时代曾被视为“王子大人”的图书队员相助，热血女孩笠原郁（荣仓奈奈 饰）决意加入图书队，可是负责训练她的二等图书正堂上笃（冈田准一 饰）似乎总有意刁难笠原，而女孩依旧凭借自己的努力成为一名图书特殊部队成员。在接下来的日子里，笠原和堂上教官、同期手冢光（福士苍汰 饰）的友情和信任日益加深。未过多久，左右言论自由的重大事件到来，图书队和媒体良化队宿命的战争拉开大幕…… 　　本片根据有川浩的“图书馆系列”的第一部改编。