妻を亡くしテッサと力を合わせて生きて来たケイドは、いつか必ず暮らしがよくなると信じていた。
ミシガン湖。
反トランスフォーマー組織”KSI”の実働部隊”墓場の風”は、オートボットの軍医兼科学者ラチェットを発見して追い詰める。
墓場の風の指揮官ジェームズ・サヴォイ（タイタス・ウェリヴァー）は、オートボットの総司令官オプティマス・プライムから、自分達が攻撃対象であるため、人間と接触しないようにと言う警告が届いたことをラチェットから知らされる。
ロックダウンに攻撃されたラチェットは、オプティマスの居場所を訊かれるが、それを拒んだためにスパークをえぐり取られて息絶える。
大統領首席補佐官（トーマス・レノン）は、オートボットとの友好関係を築こうとする大統領の考えを、元CIA高官のハロルド・アティンジャー（ケルシー・グラマー）に否定され、彼らを排除し地球を取り戻すと言われる。
金を稼ぐ必要があるケイドは焦り、トラックを解体しようとするが、それがトランスフォーマーであることに気づき、テッサとルーカスに知らせる。
危険を感じたルーカスとテッサは手放すべきだと意見し、政府に通報する必要があり、賞金がもらえるとケイドに伝える。
それを拒んだケイドは、発明家としてトランスフォーマーの仕組みを調べると言い張る。
その直後に起動したオプティマスに驚くケイドとルーカスは、部下に危険が迫っていると言って動揺するオプティマスを落ち着かせる。
傷だらけのオプティマスから人間に罠にかけられたと聞いたケイドは、オートボットに会うのは不可能なので、自分が修理することを伝える。
ロックダウンと話したアティンジャーは、オプティマスを追う理由と、誰がリーダーであるかを尋ねるものの答えを得られない。
ケイドは、オプティマスを修理するための部品をルーカスに買いに行かせる。
CIA。
テキサスであるトラックが確認され、その報告を受けたアティンジャーは、それがオプティマスだと確信して捕えようとする。
その指揮を執るアティンジャーは、墓場の風を現地に向かわせる。
現れた連邦捜査官だと言うサヴォイから、廃車になったトラックを探していると言われたケイドは、無断で自分の土地に入るなと警告する。
それを無視したサヴォイは、捜索を始めるようにと部下に命ずるものの、何も見つからなかった。
トラックは今朝まであったが姿を消したと言うケイドは、それを”彼”と呼んだため、その様子を監視していたアティンジャーは、サヴォイにケイドらを逮捕させる。
テッサを脅すようアティンジャーから指示されたサヴォイは、彼女に銃を向かる。
ケイドらの危険を知ったオプティマスは、隠れていた地下から姿を現して攻撃を始める。
オプティマスはケイドらを逃がし、ロックダウンの攻撃をかわす。
テッサのボーイフレンドのシェーン・ダイソン（ジャック・レイナー）が車で現れ、ケイドらはそれに乗り逃走し、トラックに変身したオプティマスも彼らを追う。
シェーンがテッサのボーイフレンドで、レーサーだと知らされたケイドは驚く。
町に向かったシェーンは、墓場の風の追跡をかわしながら暴走する。
オプティマスに乗り移ろうとしたケイドらだったが、逃げ遅れたルーカスがロックダウンに殺される。
ショックを受けるケイドらに同情するオプティマスは、安全が確認されるまでこの場を動くなと言って走り去る。
アティンジャーは、単なる民間人に逃げられたサヴォイと隊員を非難し、自分達の正体がバレない内にケイドを捜すよう命ずる。
ルーカスのことを考えながら、シェーンがテッサの相手に相応しくないと思うケイドは、ラリーに出ていると言う彼のナビゲーターをテッサがしていることを知る。
17歳で未成年のテッサと付き合っていることを許せないケイドだったが、2年前から付き合っていると言う20歳のシェーンから、未成年同士の恋愛が続いている場合は問題ないという法令を知らされる。
納得できないケイドだったが、自分の型にはめようとする父の考えにテッサは従おうとしない。
戻ったオプティマスと共にその場を離れたケイドらは、”ホールン・ザ・ロック”に身を隠すが、アティンジャーに居場所を知られて移動する。
バンブルビー、ハウンド、クロスヘアーズ、ドリフトらと合流したオプティマスは、人間がロックダウンらと組んでいることを突き止める必要があることを伝える。
奪った無人機の映像を確認したオプティマスらは、レッドフッドが人間に殺されたことを知り、政府と契約している企業”KSI”が絡んでいるとケイドから言われる。
オートボットの残骸はシカゴに運ばれていることを伝えたケイドは、真相を突き止めるために協力することをオプティマスに伝える。
シカゴ。
ケイドは、KSIに侵入して会社と政府を脅す方法を考えようとする。
KSI社長ジョシュア・ジョイス（スタンリー・トゥッチ）は、6500万年前の金属化された恐竜が北極で発見されたことをダーシーから知らされるが興味を示さない。
開発責任者ギル・ウェンブリー（ジェームズ・バックマン）により、トランスフォーマーの残骸を利用して可変金属“トランスフォーミウム”の開発に成功したことを、ジョイスダーシーに伝える。
ジョイスは、トランスフォーマーの改良型を作ろうとしていた。
バンブルビーに乗りKSIに向かったケイドとシェーンは、バンブルビーをモデルにしたスティンガーが開発されていることを知る。
その場に現れたジョシュアに追い払われたケイドだったが、研究室に忍び込む。
ジョイスに会ったアティンジャーは、無人機が民間人にハッキングされたことを知らせる。
多額の報酬を渡したアティンジャーに、ジョイスは”シード”が必要であることを伝える。
ケイドから送られてきた会社内の映像を確認したオプティマスは、ラチェットが溶かされていることを知り激怒する。
侵入者がいることを知らされたジョイスはケイドを捕らえ、アティンジャーは、オプティマスの居場所を彼から聞き出そうとする。
KSIに乱入したオプティマスらは、同じものを造れるので必要ない存在だとジョイスから言われる。
オプティマスらは引き揚げるが、アティンジャーは、応戦することをジョイスに伝える。
アティンジャーは、試作モデルのガルヴァトロンとスティンガーを出動させてオプティマスらを攻撃させるものの、誤作動が起きて一般市民が危険にさらされる。
オプティマスとガルヴァトロンは激しい戦いとなるが、そこにロックダウンが現れる。
攻撃を受けたオプティマスとテッサが連れ去られそうになり、ケイドがそれを阻止しようとするものの無駄だった。
オートボットから奪った宇宙船にオプティマスを連れて行ったロックダウンは、そこを監獄として使っていることを伝える。
オプティマスは、聖域”テメノス”で始末されそうになる。
宇宙船に現れたサヴォイにシードを渡したロックダウンは、地球を去ることを伝える。
オートボットとシェーンと共に宇宙船に侵入したケイドは、巨大な船内でテッサを捜す。
クロスヘアーズが高層ビルにアンカーを撃ち、宇宙船は発進できなくなる。
ケイドとシェーンは武器を手に入れて、現れた敵を倒してテッサを見つける。
ハウンドとドリフトが、捕えられていたオプティマスの元に向かう。
ケイドらは、アンカーのケーブルをつたってビルに向かう。
スチールジョーに襲われるものの、現れたバンブルビーがケイドらを助け、切断されたケーブルにしがみつく。
宇宙船で現れたクロスヘアーズ に救われたケイドらは、敵を攻撃しながら墜落する。
ロックダウンは星間飛行の体制に入り、ハウンドとドリフトはオプティマスと共に宇宙船で脱出する。
アティンジャーに連絡したジョイスは、中国に移動することを伝え、シードを運ぶよう指示する。
試作機にメガトロンを感じたと言うオプティマスは、ガルヴァトロンが変形したメガトロンだとブレインズから知らされ、敵が有機生命体を金属生命体に変えるシードを手に入れようとしていると考える。
北京。
ケイドからの連絡を受けたジョイスは、シードを狙っているガルヴァトロンに操られていると言われる。
ケイドらは、シードを奪うために宇宙船で飛び立つ。
ロックダウンは、光速で地球に戻ろうとする。
KSI中国研究所。
責任者のスー・ユエミン（李冰冰）と共に到着したジョイスは、アティンジャーが手に入れたシードを確認する。
アティンジャーは、報酬であるKSI株の500万株をジョイスに要求する。
シードの利用について再検討する考えをアティンジャーに伝えたジョイスは、ガルヴァトロンが起動したことを知らされる。
ガルヴァトロンは、シードを捜しだし世界最大の都市で爆発させることを考える。
ダーシーとユエミンが乗る車にシードを積んだジョイスは、その場から脱出する。
中国に着いたケイドは、人間のことを信じてほしいと言って、今回限りの戦いだと言うオプティマスを説得する。
香港。
報酬を受け取れないアティンジャーは、ジョイスを殺すために、サヴォイと共に彼を追跡する。
ユエミンと共にバイクに乗り換えて逃走したジョイスは、ウェンブリーからの連絡で、シードの破壊力は核爆弾並だと言われる。
あるビルの屋上に向いヘリコプターを待つようにと言うユエミンが、追っ手を叩きのめしたため驚いたジョイスは、警官の訓練を受けた経験があると彼女から知らされる。
現れたガルヴァトロンは、宇宙船の到着に気づく。
ジョイスは宇宙船に乗るようにとケイドから言われるものの、攻撃を受ける。
ケイドらは飛び降りて、宇宙船は墜落する。
テッサとジョイスを階下に向かわせたケイドは、サヴォイに追われる。
ケイドは、格闘になったサヴォイを窓から突き落とす。
テッサの元に向かったケイドは、バンブルビーらに守られながら移動する。
オプティマスは、宇宙船にいたダイナボットを味方にしてバンブルビーらの元に向かう。
激しい戦いを続け敵を倒したオプティマスは、人間を滅ぼしかねない行為をしたことをジョイスに認めさせる。
ジョイスは、シードを丘の上まで運ぶようにとオプティマスに指示されるが、それが作動して位置を発信していることに気づく。
宇宙船で上空に現れたロックダウンは、オプティマスを呼び寄せようとする。
金属が宇宙船に引き寄せられ、ケイドらも車ごと捕えられそうになるが、何んとか難を逃れる。
オプティマスは、橋を渡りシードを街の外に運ぶようケイドに指示する。
宇宙船から現れたロックダウンとオプティマスは一騎打ちとなる。
バンブルビーにテッサを乗せたケイドは、シェーンに彼女を任せてその場に残るが、現れたアティンジャーに銃を向けられる。
アティンジャーは、オプティマスに殺される。
ロックダウンの攻撃で胸に剣を刺されたオプティマスに加勢するケイドは、テッサとシェーンが戻って来たことに気づく。
ケイドとバンブルビーはロックダウンを攻撃し、テッサとシェーンは、オプティマスの剣を抜く。
ロックダウンに襲いかかったオプティマスは、剣で胴体を貫き相手を倒す。
オプティマスは、最後まで誇りを守ったと語り、テッサとシェーンは愛を確かめてキスする。
グレネード弾をセットしたオプティマスは、ケイドらを連れて飛び立つ。
その様子を丘の上から見ていたガルヴァトロンは、その場を去る。
地上に戻ったケイドは、テッサとシェーンを抱きしめる。
家が吹き飛ばされたと言うテッサに、自分が何とかすると伝えたジョイスは、ケイドに感謝される。
敵が襲ってくると言うオプティマスは、シードを見つけられない場所に運ぶとケイドに伝える。
また会えるかとケイドから訊かれたオプティマスは、確信はないが、夜空を見上げた時、輝く星の一つを自分だと思ってほしいと答える。
人間を信じ彼らを守るよう、オプティマスはオートボットに指示する。
大空に飛び立ったオプティマスは、創造主の元へと向かう。
