《變形金剛4》的劇情發生在芝加哥終極決戰四年之後，由於人類與汽車人之間的信任破裂，以及中情局對所有變形金剛的獵殺，汽車人和霸天虎都從地球上消失了。人類在廢墟中開始了新生，而一些有權勢的商人和科學家則試圖利用變形金剛的技術製造出人造金剛，其中驚破天是他們製造的得意作品。
在得州，落魄的機械發明家凱德·伊格購買了一輛破舊的卡車車頭，這輛車實際上是處在休眠中的汽車人首領擎天柱。擎天柱甦醒後救走了凱德一家，並與散落在各地的汽車人取得聯繫。
與此同時，中情局從緊閉那裡獲得了一顆種子炸彈，這種炸彈能夠瞬間將接觸到的有機物變成鋼鐵，威力足以將一座城市都變成鋼鐵。他們不知道的是，這顆炸彈就是6000萬年前毀滅恐龍的那種，能夠創造出變形金剛。
影片中，擎天柱和汽車人面臨了新的挑戰，包括對抗瘋狂的人類科學家製造的人造金剛，以及對抗緊閉的飛船上的磁鐵，這個磁鐵能瞬間吸走地球上的鋼鐵。在一系列激烈的戰鬥後，擎天柱和汽車人成功阻止了緊閉的計劃，並保護了地球。
影片的畫面效果壯觀，運用了電腦特效和3D效果，展現了從恐龍時代到現代都市，再到極地等不同場景。影片的部分場景在美國、中國和香港拍攝，充分利用了各地的地標和自然景觀。