Alguns anos se passaram desde o grande confronto entre Autobots e Decepticons em Chicago. Os gigantescos robôs alienígenas desapareceram e são atualmente caçados pelos humanos, especialmente uma divisão da CIA que os enxergam como hostis e perigosos. Com planos suspeitos, a missão da Inteligência Americana, chefiada por Harold Attinger (Kelsey Grammer), parece estar usando a tecnologia dos robôs mortos para criar armas superpoderosas. Quando Cade (Mark Wahlberg) encontra um caminhão abandonado, ele jamais poderia imaginar que o veículo é na verdade Optimus Prime, o líder dos Autobots. Muito menos que, ao ajudar a trazê-lo de volta à vida, Cade e sua filha Tessa (Nicola Peltz) entrariam na mira das autoridades americanas.