Deux ans se sont écoulés depuis que Sam Witwicky a sauvé l'univers d'une bataille décisive entre les deux clans rivaux de robots extraterrestres. Malgré ses exploits, Sam reste un adolescent préoccupé par les soucis des jeunes gens de son âge : alors qu'il s'apprête à entrer à l'université, il doit se séparer de sa petite amie Mikaela et de ses parents pour la première fois de sa vie. Il lui faut aussi tenter d'expliquer son départ à son nouvel ami, le robot Bumblebee. Sam aspire à vivre une vie normale d'étudiant, mais il doit tourner le dos à son destin pour y parvenir.
Si Sam a fait ce qu'il a pu pour tirer un trait sur le conflit qui a eu lieu à Mission City et revenir à ses préoccupations quotidiennes, la guerre entre les Autobots et les Decepticons, tout en étant classée secret défense, a entraîné plusieurs changements. Le Secteur 7 a ainsi été dissout et son plus fidèle soldat, l'agent Simmons, a été révoqué sans ménagement. Résultat : une nouvelle agence, NEST, a été mise en place...