Amis depuis la plus tendre enfance, Rafe McCawley et Danny Walker sont deux brillants pilotes de l'armée de l'air américaine. La Seconde Guerre mondiale a commencé, mais les États-Unis n'ont pas encore engagé les hostilités. Rafe succombe bientôt au charme d'Evelyn Johnson, une jeune infirmière. C'est le coup de foudre. Mais ce dernier part combattre aux côtés des Britanniques. Evelyn et Danny sont, quant à eux, transférés sur la base américaine de Pearl Harbor. La paisible existence de ces deux jeunes gens bascule lorsqu'ils apprennent la mort de Rafe. Evelyn partage son chagrin avec Danny et un amour naît de leurs confidences. Rafe est pourtant vivant. En cette journée du 7 décembre 1941, les retrouvailles et les explications vont devoir être reportées à plus tard : au même moment, près de 200 bombardiers japonais surgissent dans le ciel de Hawaï pour une attaque surprise.

Sara, une étudiante, voit sa vie basculer dans l'horreur avec l'arrivée de Rebecca, sa nouvelle colocatrice...

Les Autobots Bumblebee, Ironhide, Ratchet et Sideswipe menés par Optimus Prime sont de retour en action, toujours contre les maléfiques Decepticons, bien décidés à se venger de leur défaite. Dans ce nouvel opus, Autobots et Decepticons s'avèrent avoir été impliqués dans la course à l'espace que s'étaient lancés les États-Unis et l'URSS. Une course qui va remonter jusqu'à Sam Witwicky, qui aura à nouveau besoin de l'aide de ses amis robots. De nouveaux Transformers rejoignent la bataille dont l'ancien Decepticons Shockwave, devenu dictateur sur la planète Cybertron alors que les Autobots et les Decepticons poursuivent leur guerre sur Terre.