Un an après sa disparition sur Asgard, Loki, le frère de Thor, s’allie avec « l'Autre », le chef d'une race extra-terrestre : les Chitauris . L'Autre souhaite s'emparer du Tesseract, qui est actuellement sur la Terre. Avec l'aide de l'armée des Chitauris, Loki pourra prendre le contrôle de cette planète en échange du Tesseract. Loki se voit confier un sceptre qui l'aidera dans sa mission.
Sur Cybertron, la guerre a jadis fait rage entre Decepticons et Autobots. Ces derniers sur le point de perdre détachèrent un vaisseau contenant une cargaison secrète mais l'astronef endommagé s'écrasa sur la Lune en 1961. Américains et Russes détectèrent l'impact et la course à la lune fut ainsi lancée. En 1969, la mission Apollo 11 finit par découvrir hors caméras les restes du vaisseau, ignorant l'Autobot qui y sommeille.
Cinq ans se sont déroulés depuis la violente bataille de Chicago. Les Transformers sont désormais traqués et éliminés sans discernement afin de préserver la paix. Un groupe de scientifiques essaie de construire ses propres Transformers et repousse les limites de la technologie au-delà de ce qu'il peut contrôler. Cade Yeager, bricoleur de génie déniche un jour un vieux camion qui se révèle être Optimus Prime. Dès lors, Cade s'attire les foudres de la CIA qui ne cessera de le traquer, lui et les siens. Megatron est de retour avec un nouveau corps sous le nom de Galvatron. Lockdown, un chasseur de prime sous les ordres des créateurs des Transformers s'apprête à sortir de l'ombre. Les légendaires guerriers Dinobots plus forts que jamais seront le seul espoir à vaincre l'armée de Galvatron. La bataille fera rage, peut être même jusqu'à l'extinction.
Sam essaie désormais de vivre une vie normale en compagnie de Mikaela, sa petite amie, dans un environnement sans robots. Mais il a un mauvais pressentiment. Les Autobots vont une nouvelle fois devoir s'allier avec l'armée américaine pour lutter contre les Decepticons, et un terrible Transformer d'une puissance infinie : « Le Fallen ».
Un radiotélescope du programme SETI capte des ondes émises par un vaisseau extraterrestre démesuré qui s'est immobilisé en orbite géostationnaire lointaine. Le Pentagone, averti de cette présence, décide de garder le secret sur cette découverte. Peu de temps après, de gigantesques vaisseaux entrent dans l'atmosphère puis prennent lentement position au-dessus de diverses mégapoles mondiales. À Washington, le président des États-Unis Thomas J. Whitmore (Bill Pullman) s'interroge sur la conduite à tenir.
2007. De mystérieux robots extra-terrestre, en provenance de la planète Cybertron, capables de se transformer en véhicules et objets de manufacture humaine, attaquent les systèmes de défense de l'armée américaine. Les services secrets et le gouvernement fédéral des États-Unis comprennent alors que les agresseurs recherchent des informations sur un incident survenu dans l'océan Arctique en 1895. L'arrière-arrière-petit-fils de l'explorateur Archibald Witwicky qui menait cette mission, Sam, se retrouve malgré lui pris à partie, après avoir découvert que sa nouvelle voiture est le robot Bumblebee chargé de le surveiller. Avec son aide et celle des autres Autobots dirigés par Optimus Prime, il doit empêcher les redoutables Decepticons dirigés par Mégatron de s'emparer du Allspark, un artefact en forme de cube contenant une quantité immense d'énergie, qui leur permettra de dominer la planète.
Clark Kent, élevé dans une ferme du Kansas, s'interroge sans cesse sur sa différence. Il apprend qu'il est né sur Krypton, un monde lointain aujourd'hui disparu dont les ultimes représentants tentent de conquérir la Terre au mépris de la civilisation humaine. Clark va devoir prendre de difficiles décisions pour devenir le symbole d'espoir pour toute l'humanité…
Ray Ferrier est un père divorcé vivant dans le New Jersey, en banlieue de New York. Un matin, son ex-épouse lui confie la garde de leurs deux enfants, Rachel et Robbie, le temps de quelques jours. Mais le soir même, un orage éclate et déclenche d'étranges phénomènes comme l'arrêt total des véhicules à cause d'éclairs électromagnétiques. Bientôt, d'énormes engins mécaniques surgissent de sous la terre et désintègrent les êtres humains dans le chaos le plus total.
Pour combattre les kaiju, des créatures extraterrestres sorties d'une brèche interdimensionnelle près de la faille géologique au fond de l'océan Pacifique en août 2013, un nouveau genre d’arme a été conçu : des robots géants, appelés les Jaeger (« chasseurs » en allemand), contrôlés en simultané par deux pilotes dont les esprits sont reliés par un pont neuronal.
La famille Hess, établie à Doylestown, dans le comté de Bucks en Pennsylvanie, traverse une bien sombre période. Après la mort de sa femme dans un accident de la route, le père, Graham Hess, a perdu la foi et rendu sa charge de pasteur. Tout en s'occupant de sa ferme, il tente d'élever de son mieux ses deux enfants, Morgan et Bo, aidé de son jeune frère Merrill, une ancienne gloire du baseball.
Ce film fait suite au premier.
Depuis 20 ans les nations du monde ont travaillé ensemble sur un important programme de défense colossal fondé sur la technologie extraterrestre récupérée lors de la première invasion sous la supervision de David Levinson qui est désormais le directeur de la défense spatiale. Les forces armées de la Terre comptent maintenant des chasseurs équipés de canons lasers, des satellites de défense et des bases de défenses sur la Lune et sur Rhéa équipées des mêmes super lasers utilisés par les extraterrestres pour détruire les villes dans le premier opus.
Dans un futur proche, une météorite s'écrase à proximité de Hambourg. Des hordes d'extraterrestres extrêmement organisés, les « mimics », envahissent l'Europe. Une coalition de dix-sept nations est formée pour combattre les mimics. Elle est nommée « force de défense unie » (FDU). En cinq ans, cette guerre mondiale fait des millions de victimes. Les mimics semblent anticiper toutes les actions des militaires. Mais subitement, les humains gagnent la bataille de Verdun avec des pertes très faibles. Cette victoire est l’œuvre du sergent Rita Vrataski qui a tué des centaines de mimics dès son premier jour de combat, équipée de la nouvelle armure. Elle devient ainsi l'héroïne de l'armée et les médias la surnomment « l'ange de Verdun ».
En 2005, des scientifiques découvrent dans le « système solaire Gliese » (nom donné dans le film, en réalité le système planétaire Gliese 581) une exoplanète qu'ils baptisent « planète G », dont le climat semble proche de celui de la Terre. En 2006, la NASA lance le projet international Beacon pour envoyer un signal jusqu'à cette planète en construisant un système de communication cinq fois plus puissant que ceux existant alors. Chaque jour, quand le satellite Landsat 7 est à l'aplomb de la station de communication de Saddle Ridge, sur l'île d'Oahu, dans l'archipel d'Hawaï, le signal est émis vers le satellite. Celui-ci amplifie le signal pour le relayer à travers l'espace jusqu'à la planète G.
2077 : Jack Harper, en station sur la planète Terre dont toute la population a été évacuée, est chargé de la sécurité et de la réparation des drones. Suite à des décennies de guerre contre une force extra-terrestre terrifiante qui a ravagé la Terre, Jack fait partie d’une gigantesque opération d’extraction des dernières ressources nécessaires à la survie des siens. Sa mission touche à sa fin. Dans à peine deux semaines, il rejoindra le reste des survivants dans une colonie spatiale sur le satellite de Saturne Titan à des millions de kilomètres de cette planète dévastée qu’il considère néanmoins comme son chez-lui.
À l’époque de leur jeunesse, dans les années 80, Sam Brenner, Will Cooper, Ludlow Lamonsoff et Eddie « Fire Blaster » Plant ont sauvé le monde des milliers de fois… en jouant à des jeux d’arcade à 25 cents la partie. Mais aujourd’hui, ils vont devoir le faire pour de vrai… Lorsque des aliens découvrent des vidéos d’anciens jeux et les prennent pour une déclaration de guerre, ils lancent l’assaut contre la Terre. Ces mêmes jeux d’arcade leur servent de modèles pour leurs attaques. Cooper, qui est désormais Président des États-Unis, fait alors appel à ses vieux potes pour empêcher la destruction de la planète par PAC-MAN, Donkey Kong, Galaga, Centipede et les Space Invaders… Les gamers pourront compter sur l’aide du lieutenant-colonel Violet Van Patten, une spécialiste qui va leur fournir des armes uniques...