在超古代时期，宇宙大帝与元始天尊开战，宇宙大帝战败流放宇宙变成地球，元始天尊变成赛博坦星球并孕育出13个使徒（元老）。昆塔莎（变4和变5造物主设定有冲突）来到地球利用种子****后产生的变形元素创造出原始的变形金刚种族，首批变形金刚远征战士诞生的同时导致了地球上的恐龙灭绝。之后，昆塔莎入驻赛博坦以变形金刚种族的造物主自居借机统治赛博坦，于是元老们与昆塔莎开战，元老们战败后偷走了昆塔莎所持有的隐藏着巨大能量的终极武器：权杖，以及能召唤权杖的圣剑，然后大家逃往地球。当时，元老们使用一种机器“原能矩阵”来汲取恒星转化成能源驱动。按照原则，“原能矩阵”启动不能摧毁有生命的星系，在汲取太阳的意见上，因为地球上存在生命，其他人与主张种族扩张的堕落金刚意见相悖，于是元老们在地球上开战，一些元老不敌堕落金刚于是把自己变成金字塔将“原能矩阵”和钥匙封印，其他元老逃跑去了英格兰（变5和变2使徒设定有冲突），而堕落金刚返回赛博坦
变形金刚种族发动战争**了昆塔莎的统治，其内部**为两派：汽车人和霸天虎，双方发生内战，战争导致一枚火种源立方体失落宇宙坠落于地球，威震天在堕落金刚指引下去地球寻找立方体却遭遇北极磁场干扰而偏航坠落。在元老之战中失败而远走英格兰的元老（使徒）在大骗子梅林的感召下把昆塔莎的权杖送给了梅林，该武器被元老指定为只能由梅林家族的人解锁使用，随后元老们组合成了一只机械三头龙跟着梅林去援助亚瑟王圆桌骑士团，并赐予圣剑给亚瑟王，元老们参与了统一不列颠群岛之战继而改变了地球中世纪人类史。战后，梅林召集圆桌骑士团成立“维特维肯修道会”组织，入会者必须是梅林和圆桌骑士团的直系后代，或是世界知名精英人士，亦或是与变形金刚种族直接接触的个人，该组织负责守护变形金刚在地球活动的秘密
梅林拥有了权杖，从大骗子变成了真正的巫师。变形金刚参与统一不列颠群岛之战的历史被中世纪时期的巫师编写成书籍得以流传下来，巫师从元老那里听到的地球是“宇宙大帝”的传说也记载在内。n年后，威震天被去北极探险的船长老维奇发现，老维奇错误触发威震天向外太空发送立方体坐标位置，并将坐标位置映射在老维奇的眼镜上。美国**因威震天这一发现而成立了外星人事务部门“第七区”，威震天被署名为“nbe-1”封存，“冰人计划”启动，美国**科研人员通过研究威震天来逆向工程研发各种机械化产品，“第七区”通过威震天发出的坐标找到了立方体
随着时间推移，更多变形金刚来到地球，霸天虎和汽车人先后参与了滑铁卢战役、战国幕府时期战役、美国独立战争、第一次世界大战、第二次世界大战等影响人类历史进程的战争，人类科技水平因赛博坦人的介入而突飞猛进，美国**将威震天和立方体转移到为了掩盖其所散发的辐射源而量身打造的胡佛大坝。期间，“维特维肯修道会”迎来鼎盛时期，莎士比亚、林肯、爱因斯坦、霍金等名人先后成为该组织会员
汽车人前领导人御天敌为了尽快结束赛博坦内战，计划使用太空桥传送汽车人反抗军去彻底消灭霸天虎，遭到擎天柱反对（他不愿采取非人道手段作战），于是御天敌私下与霸天虎领导人威震天达成战略合作协议，他转而策划了使用太空桥传送霸天虎**消灭汽车人反抗军的诡计。御天敌带着能造太空桥的主控柱和能量柱开着“方舟号”飞船往地球飞去准备与先一步去地球找立方体的威震天汇合，待汽车人反抗军战败后再带领霸天虎奴役地球人去赛博坦搞建设。结果红蜘蛛擅自将“方舟号”击落使其坠毁于月球背面，坠毁动静被**和美国**。因御天敌失联，元老的后代擎天柱因而继承职位成为汽车人新领导人，他掌握了领导模块。霸天虎先遣队在“方舟号”坠毁后登月并驻扎月球，他们拿走了“方舟号”飞船内绝大多数能量柱，而因为重启御天敌需要依靠领导模块，而霸天虎做不到，所以霸天虎把一根主控柱和四根能量柱与御天敌一起封存在安全舱内
为了探明月球背面的状况，**和美国开始进行太空竞赛，**抢先发射无人探测器进入月球并拖回来一枚“方舟号”飞船引擎部件藏匿于切尔诺贝利，nasa在之后完成了人类历史上首次登月，“第七区”安排阿姆斯特朗和奥尔德林对“方舟号”进行勘探。由于威震天失联造成太空桥计划无法顺利执行，为了阻止汽车人提前发现“方舟号”飞船的机密，霸天虎诱使审计nasa登月预算的迪兰家族以及**太空项目的审计人员大幅提高太空竞赛预算成本，使美国和**都取消了月球探测计划。但nasa并未停止探索太空的步伐，n年后，他们发射了“小猎犬2号”火星探测车，火星车刚着陆，仅工作了13秒就失去信号，nasa宣布任务失败，但其拍摄的影像内容却被”第七区“截获封存
“小猎犬2号”失联两年后，美军驻卡塔尔军事基地遭霸天虎成员眩晕突袭，眩晕试图下载“第七区”和“冰人计划”资料未果，于是轰平了基地，伦诺克斯上校带小组突围侥幸逃脱，眩晕放出巨蝎追踪他们。在此次袭击中，眩晕下载信息时遗留了部分传输信号。汽车人侦察兵大黄蜂为了探明立方体位置而与正在读高中的老维奇的后代萨姆-维奇取得联系，他伪装成一辆第二代camaro被萨姆买下，他还顺便帮萨姆找了个女朋友米凯拉。因为萨姆不知道变形金刚种族的存在，所以在大黄蜂向擎天柱等人发送地球坐标时被萨姆发现并报了警
由于卡塔尔基地遇袭，美国**按常规应对威胁之手段调动舰队去往海外基地，并组织电脑高手破译敌军遗留的传输信号，电脑破译成员麦琪认为该传输信号为非人类掌握，结果被**长凯勒怼回去。麦琪将传输信号复制后带到了黑客格伦处，让格伦破译，结果被**发现，fbi逮捕两人。“第七区”负责人班纳克联络美国**，向凯勒提供了两年前“小猎犬2号”失联前拍摄的影像，画面显示出一位金属巨人摧毁了火星车，“第七区”将卡塔尔基地遇袭矛头对准外星人。随后伦诺克斯上校的小组与巨蝎在一处村庄正面交锋，莫绍尔将军批准美军出动e-3c、a-10和c130前去支援，巨蝎不敌美军后逃脱。美军最终确认敌人不是来自地球，而且确认使用**对这种机械生物有效
霸天虎成员路障登陆易趣网查到萨姆以“万人迷217”为网名正在兜售老维奇的那副眼镜，而路障的助手迷乱入侵空军一号专机服务器探明“第七区”囚禁威震天及安置立方体的位置。路障去追捕萨姆和米凯拉，大黄蜂拦截路障，双方的战斗在地球延续。一番大战后，萨姆和米凯拉得知了变形金刚种族的存在，大黄蜂改变载具形态搭载萨姆和米凯拉去迎接擎天柱的到来。汽车人一众主力干将从赛博坦来到地球，擎天柱表明身份，希望萨姆能把那副映射立方体坐标位置的眼镜交给他。早前，“第七区”特工西蒙**到萨姆的报警电话，于是西蒙逮捕了萨姆、米凯拉和大黄蜂，将他们押送至胡佛大坝。班纳克邀请凯勒去往胡佛大坝，麦琪因为是**中首位指出袭击是外星人所为的人所以她得到准许带着格伦也一同前往。萨姆和大黄蜂发现立方体也被放置在胡佛大坝内，西蒙向众人展示了立方体的魔力，它的能量可以将一台电子设备或机器注入灵魂和能源转化为具备高度智慧的机械生物
红蜘蛛出现摧毁大坝发电机单元以解冻威震天，大黄蜂将立方体小型化后在伦诺克斯上校护卫下搭载萨姆和米凯拉去洛杉矶转移立方体让美军保管。凯勒、麦琪、格伦三人呼叫空军支援伦诺克斯上校，迷乱现身与三人开战，最后迷乱被自己放出去的**干掉。威震天苏醒后带队追踪大黄蜂，汽车人和霸天虎在洛杉矶展开抢夺立方体大战。路障被铁皮虚晃后冲向高架桥立柱撞晕、碎骨魔单挑擎天柱被取下首级、吵闹被大黄蜂一炮命中火种轰死、眩晕被美军空袭炸碎，威震天则手撕爵士作为回应
擎天柱与威震天决斗，两人势均力敌，最终威震天因火种被萨姆喂了立方体导致火种能量过载而惜败，立方体其中一块碎片落入萨姆的衣服口袋，另一块碎片被擎天柱转交给美军。战后，威震天被美军扔进罗伦提恩海沟，红蜘蛛在**美军f-22追捕后返回赛博坦与堕落金刚汇合，并暂时代替威震天接管霸天虎**。美国国会**《外星汽车人绝**作法案》，美国**以此法案为依据宣布与汽车人结盟。美军在位于印度洋中部的迪戈加西亚岛成立一支多国同盟制部队：巢穴部队，该部队以联合**事合作盟约授权，其作战部队可自由出入世界各国。“第七区”解除编制，西蒙下岗，萨姆则因此战役而获得“维特维肯修道会”准入资格
汽车人与美国**结盟后，由莫绍尔将军指挥的巢穴部队开始在世界各地打击霸天虎势力。巢穴部队得到情报，霸天虎成员破坏者现身**上海市，伦诺克斯上校带队与汽车人一同参战，破坏者被擎天柱杀死，对方在临死前撂下狠话，巢穴部队首次听到“堕落金刚”的威名。升格为大学生的萨姆在与米凯拉煲电话粥时意外发现自己拥有一块立方体碎片，随后立方体碎片释放能量被萨姆吸收。堕落金刚仍然想要汲取太阳获取能源，所以他派遣声波伪装成卫星监控人类通讯，声波通过**美军通讯发现了放置立方体碎片的美军基地，他派遣机器狗突袭美军基地拿到立方体碎片，并派霸天虎**疗官手术刀持立方体碎片去罗伦提恩海沟修复并重启威震天。威震天回到赛博坦与堕落金刚汇合，堕落金刚认为立方体的能量已经与萨姆同化，所以只要拿下萨姆也能启动“原能矩阵”。而又因为擎天柱作为元老后代有能力阻止计划，所以堕落金刚要求威震天干掉擎天柱，以保万无一失
霸天虎成员隐者战士伪装成女大学生接近并诱杀萨姆，但其计谋被米凯拉识破，她被米凯拉开车撞死。随后冲浪板抓到了萨姆并把他交给威震天，威震天利用萨姆为诱饵再引出擎天柱，双方在树林激战，威震天从背后偷袭干掉了擎天柱，但萨姆逃脱。堕落金刚带重兵光临地球，瞬间重创“罗斯福号”航母战斗群，法国巴黎也被霸天虎攻陷。堕落金刚主动现身向全人类宣告变形金刚时代到来，他以**威胁全人类必须交出萨姆。萨姆无法解读与自己同化的立方体能量符号，而且他被全世界列为通缉犯，走投无路下他去找了在纽约卖猪肉的西蒙，西蒙告诉萨姆，根据“第七区”资料，变形金刚早在史前时代就已经来过地球。米凯拉抓到的霸天虎成员转轮让一行人去一趟华盛顿史密森尼国立航空航天博物馆，萨姆用自己的立方体碎片重启了了解赛博坦历史的首批变形金刚种族成员之一：天火，天火带他们去了埃及，史前时代13个元老在地球上决战的地方
萨姆通过天火提供的线索找到了被封印的“原能矩阵”和钥匙，但钥匙是个见光死的神器瞬间风化，萨姆依然决定利用钥匙粉末复活擎天柱。西蒙联络伦诺克斯上校，让其召集全体汽车人并使用c-17携带擎天柱的残骸去往红海亚克巴海湾，威震天召集全体霸天虎来到埃及金字塔组成防御阵形等待堕落金刚启动“原能矩阵”。汽车人到达埃及金字塔，双方再度开战。霸天虎派出的组合金刚大力神乃赛博坦动迁队主力，三两下就拆了金字塔露出“原能矩阵”结构。巨蝎追捕萨姆，天火赶到解救了萨姆但他自己被巨蝎反杀。巢穴部队呼叫在红海警戒巡逻的“斯坦尼斯号”航母战斗群派遣f/a-18空袭霸天虎，萨姆没躲开舰载机投放的**被炸受伤昏迷，在睡梦中元老托梦，他们认为萨姆具备领袖精神值得拥有钥匙，钥匙随即复原，擎天柱被萨姆用钥匙复活，堕落金刚出现夺走钥匙启动了“原能矩阵”。汽车人**疗官救护车给擎天柱装上了天火的飞行装备，擎天柱出击，他先是炸烂了“原能矩阵”，然后一炮打飞了威震天半个脑袋，最后狂扁堕落金刚一顿，西蒙召唤基德号驱逐舰动用电磁轨道炮炸碎大力神，红蜘蛛和威震天见势不妙逃往非洲，危机解除
在非洲疗伤的威震天决定重启以前与御天敌的协议，由于霸天虎没有领导模块，为了能让汽车人重启御天敌，威震天设下骗局引诱汽车人上钩，他安排震荡波去趟切尔诺贝利吸引汽车人注意力。同时，在威震天授意下，声波派遣助手激光鸟满世界**曾参与登月项目的美国和俄罗斯工程师，声波也被威震天要求潜伏接近萨姆的新女朋友卡莉。卡莉的公司上司迪伦赠送给她一辆奔驰sls amg，这让因大黄蜂长期在外执勤而没车可开的萨姆内心很不爽
巢穴部队得到情报，震荡波正在切尔诺贝利活动，擎天柱迎战震荡波，他意外发现了御天敌驾驶的“方舟号”飞船的引擎部件。在nasa帮助下，汽车人去了趟月球带回了御天敌，擎天柱用领导模块重启了御天敌，此次探月之旅汽车人还拿到了一根太空桥主控柱和四根能量柱，将其移交美军。萨姆毕业后所任职公司的工程师杰瑞-王塞给他美国登月机密资料，随后杰瑞-王就被激光鸟杀死了。萨姆发现，曾经参与太空竞赛时期登月项目的美国和俄罗斯工程师在近期纷纷诡异身亡，内有隐情。于是萨姆找到西蒙，大家一起研究月球，他们与**太空竞赛时期的俄罗斯宇航员结识，俄罗斯人的证据显示霸...