Les Decepticons parviennent à ressusciter leur chef et décident de prendre leur revanche sur les humains. Sam se retrouve à nouveau au centre du conflit.
Malgré la mort de leur chef Megatron, les Decepticons n'ont pas renoncé à vaincre les Autobots. De son côté, Sam, grâce à qui l'humanité a été sauvée de cette guerre entre robots, n'aspire qu'à retrouver une vie normale. Arrivé à l'université, il rencontre Cal, un blogueur, spécialiste des "robots aliens". Alors qu'un émissaire du gouvernement annonce à l'armée et aux Autobots qu'il compte mettre un point final à leur alliance, les Decepticons parviennent à ressusciter Megatron. Avec l'aide de Mikaela, sa petite amie, et de Cal, Sam tente à nouveau de sauver la Terre d'une catastrophe. Il trouve toutefois de très nombreux adversaires sur sa route...
Comme pour le premier volet, le réalisateur Michael Bay fait la part belle aux effets spéciaux.