《变形金刚3》50多年前，塞伯坦的一艘宇宙飞船坠入月球，引发了美苏之间的太空竞赛。人类争先恐后地登陆月球，只是为了发现宇宙飞船残骸中的秘密。回到21世纪初，汽车人经过数次战斗，终于打败了霸天虎的入侵，进而与人类合作，共同保卫美丽的地球。但是在切尔诺贝利发生的事情让久违的登月计划重新回到了桌面。为了不让霸天虎找到能量柱作恶，擎天柱和战友飞上了月球，甚至从当年的飞船上救出了汽车人的前任首领御天地。御天地是能量柱的缔造者。将数百根能量柱汇聚在一起，就可以搭建起空间桥梁，实现物质的瞬间传输。山姆（希亚·拉博夫饰）忙于找工作，与女友卡莉（罗伊·胡蒂格托-怀特利饰）谈恋爱，难免卷入其中。发现了霸天虎安排一切的阴谋，却不知道月影背后隐藏着更大的阴谋和危机……