塞伯坦被汽车人和霸天虎的内战搞得满目疮痍。汽车人决定乘坐方舟号离开塞伯坦寻找新能源，霸天虎闻风后，威震天派震荡波留在塞伯坦，其余霸天虎乘坐报应号追击。在追击过程中霸天虎登上方舟号，但飞船不幸发生事故，坠入地球，两个派别的人都昏迷不醒。四百万年后，一次火山爆发使飞船重新运作，首先复活了霸天虎一行。红蜘蛛为了消灭昏迷的汽车人偶然再次触发了修复系统，汽车人全体复活。擎天柱派探长和飞过山监视霸天虎的行动，因为飞过山的开火使得二人被追杀，探长受伤。威震天为了获取能量块前往油井，闻讯的汽车人及时赶到。霸天虎获得能量块立刻撤离，汽车人与油井工人落入海中。

汽车人解救了油井的工人，并让人类斯派克父子加入了汽车人的阵营。斯派克偶然将变成收音机的声波带入汽车人基地，获得了有关地球能量储存的资料。声波逃跑过程中机器狗被汽车人所俘。观看了声波带来的资料，威震天决定到水力发电厂获取能量。霸天虎战胜汽车人带着能量块离开了水力发电厂。威震天又来到了缅甸的红宝石矿，而汽车人派大黄蜂和斯派克普拉深入矿井安置炸弹。眼看爆炸时间快到，擎天柱和他随身携带的小滚轮前去营救，炸弹正好爆炸。

爆炸并没有伤害到小滚轮和大黄蜂与斯派克普拉，但霸天虎同样逃过一劫。探长提出可以利用全息影像哄骗霸天虎并将其一网打尽，并演了一出不小心放走机器狗的戏。机器狗回到霸天虎基地，威震天识破了汽车人的诡计，做了一堆废料交给汽车人处理，而同时其他霸天虎来到火箭基地获取了足够让霸天虎飞回塞伯坦的能量。汽车人包围了威震天飞船所在地，但没能阻止霸天虎登上飞船。擎天柱飞上天阻止飞船但被飞船击中。幻影隐身进入霸天虎飞船使飞船失控，霸天虎回到塞伯坦的计划失败。霸天虎的飞船落入海中，汽车人以为他们已经被消灭。

霸天虎在深海环境中生存了下来。威震天得到震荡波的信息，太空桥计划即将成功。于是威震天又开始了能量的采集工作，立刻来到了发电厂。汽车人接到消息后在发电厂与霸天虎交战，铁皮为了救擎天柱受重伤。斯派克与大黄蜂侦查霸天虎的行动，偶然发现了震荡波的太空桥计划，但太空桥还没有完全正常。大黄蜂和斯派克被霸天虎发现，被抓了起来并被当做太空桥实验的试验品。大黄蜂被威震天更改了记忆后释放，于是向擎天柱报告了虚假的太空桥位置。汽车人赶到大黄蜂所透露的位置，遭到了霸天虎的伏击受困于山洞中。汽车人打开洞口，依变正常的大黄蜂所指示来到太空桥的真实位置。汽车人救下了斯派克，在战斗中威震天不慎跌入了太空桥中，却碰巧赶上太空桥试验成功，来到了塞伯坦。

斯派克的朋友切普是个残疾的电脑天才，他意外地被卷进了汽车人和霸天虎间的一场斗争里，因为他知道霸天虎想要的一种秘密能量的配方，而在家中遭到绑架。霸天虎企图从切普的脑中分离出这个配方，斯派克和汽车人救出了切普，并在切普的帮助之下打败了霸天虎。

擎天柱在与霸天虎的一次撞击中损坏了一个内部零件，其他的汽车人在切普的帮助下把太空桥运到了赛伯坦，他们在千斤顶的工作室内找到了一个替换零件。为了避免在这个陌生星球上遭到攻击，他们及时地返回，修好了擎天柱并把太空桥炸掉。

霸天虎在北极地区的地下冰层中发现了一块巨大而中空的水晶柱。他们在这块水晶柱中挖隧道，企图从地心汲取热能。但这一举动会使地球被完全冷却下来。在挖掘新隧道时，威震天发现了天火——赛伯坦的科学家，他已经被埋葬于此数百万年了。天火复活后极不情愿地加入到霸天虎的队伍中。当汽车人来到北极地带与霸天虎进行对抗时，天火逐渐认清了他真正的身份所属，并帮助汽车人击败了霸天虎------尤其是他的“老朋友”红蜘蛛------但是为了重新埋没水晶柱和隧道，他只好引发雪崩，最后也被埋没在绵绵的冰雪中了。

在汽车人火山总部的切摩斯发现了一个前人所不知的房间，这里有许多恐龙骨化石，千斤顶和救护车建造了三个能变形成恐龙的变形金刚。同时，为了获得无限的电力资源，霸天虎占领了一个巨大的瀑布系统。当机器恐龙完成时，它们简单的头脑却发生了错误。这三个机器发起狂来。考虑到他们太危险了，擎天柱命令把它们关闭并永不开启，当汽车人赶去瀑布阻止霸天虎时，他们遭到了埋伏。千斤顶不顾擎天柱的命令，改进了恐龙机器，而这次的改进取得了实际性的成功，从而帮忙解救了汽车人赶走了霸天虎。

在秘鲁的安第斯山脉上，著名的“能量水晶”被改造成为一种具强大毁灭性的武器。然而，这块水晶实在太强大了，它不仅毁坏了武器的机件，还迫使霸天虎攻击当地的村庄以求新的机件。汽车人赶来阻止他们，天火试图说服被包围的惊天雷脱离霸天虎并加入汽车人，却失手被擒，并被红蜘蛛所伤。在一名当地女孩的帮助之下，斯派克展开了营救，而天火在惊天雷的帮助下也赶走了霸天虎并毁掉了能量水晶。

切普用天文望远镜追踪到一块巨大的陨石正坠向地球。他和汽车人到陨石坠落的地方搜集碎片用以研究。后来，威震天研究那些守卫陨石的机器恐龙的程序，利用它们的弱点来改变它们对汽车人的忠心。另一方面，汽车人发现那些碎片是易爆的，当他们返回到陨石撞击地区的地方去处理陨石时，却发现陨石已被霸天虎偷走了。机器恐龙竟出奇地攻击擎天柱，并把它带到霸天虎那里，霸天虎此时正在从陨石汲取能量。千斤顶建造了两个新的机器恐龙，用它们打败了原来的几个，并解救了擎天柱。当汽车人领导人冒着生命危险去救其中一个机器恐龙时，所有的机器恐龙都深受感动并团结起来，与汽车人一起打败了霸天虎。

邪恶的科学家阿科威尔博士和威震天及霸天虎合作，利用他的思想控制装置发明了一支人类奴隶兵。威震天计划利用现存的太空桥技术把塞伯坦送入地球的轨道。因而产生的吸力而造成了巨大的自然灾害——如地震，火山爆发等。而人类奴隶兵则趁机把能量搜集进能量块。然而汽车人变形金刚无法像对待霸天虎那样对待人类奴隶兵。斯派克普拉是被霸天虎抓获的人类之一，因而他被套上了思想控制装置。他背叛了汽车人，甚至几乎毁了他们。他的儿子斯派克为他的行为感到痛苦和迷惑，在上集的高潮部分，塞伯坦逐渐靠近地球，而自然灾害也开始了。

汽车人们全副武装地去阻止地球上的自然灾害，甚至连机器恐龙都来帮助保护陆地免受海啸的破坏。汽车人得知斯派克普拉被派到塞伯坦去阻止汽车人拯救地球。斯派克恳求擎天柱让他与几个汽车人去解救他父亲。他们偷偷潜入霸天虎在塞伯坦上的总部，发现了思想控制装置的设计。正在这时，他们被斯派克普拉发现了，他发起狂来想要按警钟通知霸天虎！

斯派克和其他人带着设计回到了千斤顶的工作室，千斤顶发明了一个高频率的装置。这个装置可以使控制晶片的电路系统发生故障。他们返回去救斯派克普拉并赶回家，另一方面汽车人一直都无法阻止霸天虎搜集能量块并把它们安放在一艘巨大的宇宙船上。这回他们开始了最后一战，千斤顶及时赶到并解放了人类奴隶兵，为汽车人的斗争清除了道路。在斗争中，威震天开走了宇宙船，汽车人们团结一致在天空之外把它摧毁，剩下的震荡波把塞伯坦撞出了地球的轨道，并把它送进了太空，一切都恢复了正常。但过后他们却发现威震天在爆炸居然侥幸地逃脱了。

红蜘蛛与阿科伟勒博士一起逃到了深藏于山中的实验室里，疯狂的霸天虎在那发现了“能量之源”。这是一种具有高度挥发性的无限能源，威震天赶回来并重新集合了它的霸天虎，跟随红蜘蛛到了那里。这时，汽车人也尾随而来，红蜘蛛给这个“能量之源”装上了计时器，企图炸毁整个地球，红蜘蛛带着阿科伟勒博士一起来到了塞伯坦.他们计划在他的故乡收集由爆炸而产生的能量波.威震天和擎天柱也赶到，经过战斗后他们控制了“能量之源”，并从震荡波处得知红蜘蛛的计划，并切断了计时器。另一方面，红蜘蛛已经把阿科伟勒传送到一部零件机器上去了，因此他只好独自一人回到地球看看出了什么障碍。威震天和擎天柱合力将那威力强大的炸弹推进太空，并在那引爆了，爆炸的威力把红蜘蛛弹回到了地球上，威震天正在等着他呢。

在巴厘岛的丛林里，有三个巨型机器昆虫，他们正在攻击着农场，并把粮食变成他们的油料，汽车人和霸天虎都在警惕着这个新物种，并派人到那边进行调查。汽车人惊奇地发现，这些机器昆虫不仅野蛮而且复制得很快；霸天虎则很快发现了机器昆虫的栖息地，原来这是霸天虎太空船的一部分，在汽车人和霸天虎降落到地球以前，它就被抛弃到地球上了。很明显的，一个相似的重组过程发生了，只不过它们用的不是车和飞机作模型而是用昆虫。威震天企图与机器昆虫联合，利用它们把汽车人阻挡在海湾外，而他自己则从一间炼油厂偷取能量。由于汽车人干预，它们失败了，但能量块却被机器昆虫偷走了。

挖地虎是一组建筑车，他们可以变身成为机器人，这回，他们为了威震天所需的一些零部件而攻击一个机密的电力厂，这些零件能造成一台机器，这台机器可以把所有的霸天虎们都变成威震天的样子。后来威震天要与擎天柱来个一对一的决斗，并约定谁输了谁就要带领它的机器人永远地离开地球。同时，邪恶的霸天虎领袖命令挖地虎挖进汽车人总部，致使显像一号没通知到汽车人威震天的计划。擎天柱在决斗中输了，这时机器恐龙收到了主电脑的警告，于是与挖地虎进行斗争，汽车人识破了威震天的骗局。后来挖地虎组合成了一个巨大的机器人——大力神。探长发明了一个巨型的衍射器，去分散大力神的注意力，从而使得擎天柱能向它开火。最后霸天虎被迫逃到了一个火山裂缝里。