距今50多年前，一艘來自賽博坦的飛船墜落月球，由此引發了美蘇兩國的太空競賽。人類爭相登上月球，只為一探飛船殘骸中的秘密。時間回到21世紀初，經過幾番征戰，汽車人終于挫敗霸天虎的入侵，繼而與人類合作，共同保衛美麗的地球。然而發生在切爾諾貝利的事件卻將塵封已久的月球計劃重新擺到桌面。為了防止霸天虎找到能量柱為非作歹，擎天柱與戰友飛赴月球，更從當年的飛船中救出了汽車人的先代領導者——御天敵。御天敵是能量柱的發明者，將上百根能量柱集合在一起便可制造太空橋，實現物質的瞬間傳送。忙著找工作以及和女友卡莉（羅茜·漢丁頓-惠特莉 飾）經營愛情的山姆（希亞·拉博夫 飾）無可避免地卷入其中，他漸漸發現霸天虎的操縱一切的陰謀，卻不知更大的陰謀和危機隱藏在那月影背后。隨著御天敵與霸天虎勾結的真相浮出水面，雙方圍繞太空橋展開的決戰最終蔓延至地球。在芝加哥爆發的核心戰役中，擎天柱與汽車人通過摧毀太空橋粉碎了重建賽博坦的騙局，并將能量柱永久封存，而山姆則在人類戰友協助下完成了對擎天柱的關鍵支援。