Deux ans se sont écoulés depuis que Sam Witwicky a sauvé l'univers d'une bataille décisive entre les deux clans rivaux de robots extraterrestres. Malgré ses exploits, Sam reste un adolescent préoccupé par les soucis des jeunes gens de son âge : alors qu'il s'apprête à entrer à l'université, il lui faut aussi tenter d'expliquer son départ à son nouvel ami, le robot Bumblebee.