Durante anos os Autobots e os Decepticons, duas raças alienígenas robóticas, duelaram em Cybertron, seu planeta natal. Esta guerra fez com que o planeta fosse destruído, resultando que os robôs se espalhassem pelo universo. Megatron, o líder dos Decepticons, vem à Terra em busca da Allspark, um cubo de Cybertron que possibilita que qualquer aparelho eletrônico seja transformado num robô com inteligência própria. Megatron encontra a Allspark, mas fica congelado no Ártico. Décadas depois outros Decepticons chegam à Terra, numa tentativa de encontrar a Allspark. Seu surgimento logo alerta os principais países, em especial os Estados Unidos, que tem uma base militar no Qatar atacada. Enquanto o Secretário de Defesa John Keller (Jon Voight) tenta descobrir o que está havendo, reunindo todas as forças e informações possíveis, o jovem Sam Witwicky (Shia LaBeouf) tem preocupações mais simples: conseguir uma boa nota no colégio, o que lhe garantirá seu 1º carro. Mas o que ele não esperava era que o veículo escolhido, um Camaro antigo, tinha vida própria.
