Deux ans se sont écoulés depuis que Sam Witwicky est parvenu à sauver le monde d'une guerre sans merci entre deux clans rivaux de robots extraterrestres. Malgré ses talents, Sam reste un adolescent comme les autres avec ses soucis. En effet, alors qu'il va faire sa rentrée à l'université, il doit se séparer de sa petite amie, Mikaela, et de ses parents. Il doit aussi essayer d'expliquer la situation à son ami, le robot Bumblebee. Sam espère pouvoir suivre ses études sereinement et oublier le conflit qui s'est déroulé à Mission City. Malheureusement, Sam va à nouveau se retrouver au coeur d'un combat entre les deux clans de robots, où l'avenir du monde est en jeu.